Газовые скопления. Виды и особенности их формирования. Газогеохимические провинции

Около 80 °/о залежей в мире связано  с ловушками структур¬ного класса, на долю ловушек иного происхождения (рифогенных, стратиграфических и  литологических) приходится не бо¬лее 20 %. 
 

1. Газы осадочной  толщи

    Осадочная  оболочка составляет около 10% общей массы вещества земной коры. Наиболее распространенными породами в её составе являются  глины и глинистые сланцы. При литогенезе минеральные и органические  составляющие осадочной толщи претерпевают глубокие изменения под действием различного пода геохимических процессов. Часть из них сопровождается газообразованием. Генерирующие газы являются неотъемлемой частью осадочной толщи и по форме нахождения  в свободном и рассеянном состоянии. Рассеянные в осадочных породах газы в свою очередь по форме нахождения можно разделить  следующие газы:

1. газ свободный, содержащийся в сообщающихся порах и трещинах;
2. газ свободный, заключающийся в замкнутых порах;
3. газ, растворенный в воде, содержащийся в горной породе;
4. газ, растворенный в нефти, содержащейся в горной породе;
5. газ, сорбированный породой и содержащейся в ней ОВ;
6. газ, окклюдированный горной породой;
7. газовый конденсат в порах и трещинах.

    С генетической точки зрения находящиеся  в породе газы могут быть связаны  с различными источниками. Одним из основных источников является ОВ.  Общее его количество в породах континентального сектора стратисферы составляет 72* 10¹⁴ т, из которых 54*10¹⁴ т присутствует в глинистых породах.

    Органическое  вещество является основным, но не единственным источником газов в осадочной толще. Преобразование минеральных составляющих в ряде случаев также сопровождается образованием газов. Наиболее тесным взаимодействием минеральных и органических составляющих характеризуются начальный и завершающий этап литогенеза.

    Масштабы  генерации газов и их качественный состав обусловлены концентрацией  в породе ОВ, его генетическим типом  и степенью преобразованности. Преобразование гумусового ОВ сопровождают газы, в  углеводородной части которых преобладает  метан. Гомологи метана характерны на определенных этапах катагенеза для продуктов преобразования сапропелевых разностей ОВ. Генетический тип ОВ и степень их преобразованности обуславливают определенную зональность в качественном составе генерирующихся в осадочной толще газов.  Последний момент необходимо учитывать при исследовании и закономерностей формирования газовых скоплений в осадочной толще [1]. 
 

1. Газы соленосных отложений

 

    В  соляных породах можно выделить несколько форм нахождения газов: сорбированные  открытой поверхностью, растворённые в кристаллической решетке;  находящиеся в газово-жидких микровключениях и свободно выделяющиеся газы – газы макровключений.  Количество сорбированных газов в солях незначительна, так как соляные породы обычно плотные и имеют незначительную пористость. Газы макровключений – это газы, заключенные в различного рода пустотах внутри соляных пластов, образованных в результате тектонических сжатий и разрывов пород, а также путем объединения микровключений в одну сообщающуюся систему.

    Многообразие форм нахождения газов в солях вызывает сложность количественной оценки газоносности.  Разработан метод определения газоносности по количеству ⁴⁰Аг_рад, мигрировавшего из кристаллической решетки в полости. Количество радиогенного аргона, потерянного весовой единицей твердой части породы, может быть  определено.  Потерянный породой аргон, если допустить изолированность соляного пласта, оказывается в нарушениях кристаллической решетки, прежде всего в полостях.

    В соляных породах присутствуют породы 3 типа газов: 1) реликтовые – захваченные породой из окружающей среды при кристаллизации, среди них атмосферные, биохимические; 2) аутигенные – образовавшиеся на месте за время существования породы.  Это в основном продукты преобразования ОВ и радиоактивного превращения урана, тория, калия. Эти газы преобладают в кристаллической решетке соляных минералов, а в областях спокойного залегания также в микро - и в макровключениях; 3) эпигенетичные – проникшие извне в соляные породы после их формирования.

Газы  разных морфотипов различаются по химическому составу.  Так, газы кристаллической решетки содержат значительно больше углекислого газа, чем газы включений. Различие вызвано компонентным фракционированием при миграции газов из места их образования в полости.

    Эпигенетические газы соляных пород  в отличие от собственно солевых имеют другие изотопно-геохимические характеристики. Эти газы в основном сосредоточены в микро – и в макровключениях соляных пород, свойственны районам соляной тектоники и интенсивного газообразования. Так, в свободных газах соляных куполов Прикаспия велик вклад углеводородов, причем изотопный состав углерода метана близок к таковому для газов залежей. В соленосных отложениях Припятского прогиба, расположенных в районах развития нефтяных  месторождений, в микровключениях вторичных разновидностей галита в зонах разрывных нарушений преобладают углеводородные газы.  Повышенная концентрация метана и его гомологов в составе газовых включений во вторичном галите может являться индикатором нефтегазоносных скоплений в нижележащих отложениях.

    Формирование  газовой среды в соленосных отложениях можно представить следующим  образов: газы  солеродного близповерхностного бассейна – атмосферные и частично биохимические   захватываются  соляными минералами при их кристаллизации.  Эти реликтовые газы концентрируются в кристаллической решетке и в многочисленных пузырьках – будущих микровключениях. Компоненты свободной  газовой фазы и растворенные в кристаллической решетке находятся в состоянии, близком к равновесному.

    В дальнейшем в течение всего времени  существования соляных пород  одновременно происходят следующие  процессы:

1. Новообразование газов в твердой части пород в результате радиоактивного распада, ядерных реакций, воздействие  радиации на ОВ, воду, окислительно-восстановительных реакций.
2. Миграция новообразованных газов из твердой части пород в газово-жидкие микровключения, а затем и в образующиеся макровключения в результате возникшего градиента концентрации.   Миграция, осуществляемая путем диффузии  или эффузии, трансформирует газовый составы в твердой части из-за различия коэффициентов диффузии и сорбционной способности в микровключениях. В результате газовая фаза микровключений обогащается включением гелием, метаном, азотом.
3. Под влиянием тектонических движений и благодаря высокой пластичности  соли осуществляется перемещение газовых пузырьков-микровключений – в ослабляющиеся зоны соляного пласта и их соединения в макровключения.

Все эти  процессы, весьма неравномерные в  своих масштабах, обуславливают  крайнюю пестроту  химического состава газов в соляных породах.

Интенсивное образование газов в залегающих глубже породах, их последующая миграция приводит к проникновению в соли чужеродных газов – по количеству соизмеримых или превышающих  собственно солевые газы. Такая ситуация возникает в районах интенсивной глубинной генерации УВ в осадочной толще, в зонах контактового метаморфизма [1] . 

2. Углеводородные  газы.

 

Углеводородные  газы, генерируемые в осадочной оболочке земной коры, могут находиться в  различных состояниях: свобод¬ном, растворенном, твердом и др. В свободном состоянии они образуют газовые скопления. Углеводородные газы хорошо рас¬творимы в подземных водах и нефтях. При определенных ус¬ловиях они вступают в соединение с водой и переходят в твер¬дое состояние. 

          

3. Газоносность  угленосных отложений

    Газоносность  угленосных отложений (метаносность, если расчет ведётся по основному газовому компоненту) включает в себя природную  газоносность угольных пластов (объём  газа, содержащегося в единице  массы угля в природных условиях, м³/т) и вмещающих пород (общий объем газов, содержащихся в единице массы или объема породы, м³/т или м³/м³).

    Количество  метана в угленосных отложениях оценивается  различными  исследователями от 240 до 6000 трлн. м³. Несмотря на столь разные количественные оценки, очевидно, что объем метана. Содержащегося в угленосных отложениях, во много раз превышает ресурсы метана в традиционных газовых месторождениях. В ряде угленосных бассейнов количество такого метана  эквивалентно по запасам газовым месторождениям.  Природный газ угленосных отложений содержит химические компоненты как первичного, так и вторичного происхождения. Он  состоит из метана, углекислого газа и азота; в его составе в виде примесей присутствуют: ТУ, Н₂,  Н₂S, SO₂, CO и редкие газы.

    Основным газовым  компонентом угленосных толщ является метан(CH₄), содержание которого колеблется от 60 до 98%. По данным изотопных исследований он генетически связан с угольным веществом. Являясь преимущественно продуктом его метаморфизма. Отсюда прямая зависимость содержания метана  от степени метаморфизма углей.

    Азот (N₂₎  является вторым по распространенности компонентом (20%, реже до 100% от общего объема газа), имеющим преимущественно атмосферное и в меньшей степени реликтовое происхождение, а местами и глубинное, связанное с породами кристаллического фундамента. Его содержание закономерно уменьшается с увеличением глубины.

    Углекислый  газ (CO₂) с составе газов угленосных отложений содержится в небольших количествах (0,1 – 4%), достигает иногда 100%, за счет биохимических процессов на низких стадиях метаморфизма.

    Тяжелые углеводороды (ТУВ) встречаются в  природных газах угленосных отложений  в количествах от долей процентов  до 15-20%. При  повсеместности площадном  распространении характерно неравномерное  распределение ТУВ в газах угленосных формаций. Максимальное содержание их отмечается в углях средних стадий метаморфизма, в газах закрытых микропор и в районах, связанных с нефтепроявлением.

Водород (Н₂) в угольных газах встречается в незначительных количествах, редко достигает 40-5-% при значительном  абсолютном содержании газа. Происхождение водорода обусловлено в основном биохимическими процессами превращения растительных веществ в уголь, связано с метаморфизмом угля, не исключается также и миграция из подкоровой части Земли.

    Оксид углерода (СО) в составе газов  угленосных отложений встречается  редко, в количестве от сотых до тысячных долей процента.

    Сернистый газ (SO₂) присутствует в виде гнездообразных скоплений.  Генезис его неясен.

    Сероводород (Н₂S)  находится в газах угольных отложений в количестве от десятых  долей процента до первых процентов, образуется в результате реакции взаимодействия сульфатных вод с метаном, разложения пирита и марказита. Местами поступает в  угленосную толщу при дренаже сероводородных подземных вод.

    Редкие  газы (Не, Ne, Ar, Kr, Xe), за исключением радиогенного водорода, встречаются в постоянных  соотношениях с азотом, соответствующих их содержанию в воздухе. Эти газы имеют преимущественно атмосферное происхождение, реже поступают по глубинным разломам из более глубоких недр Земли. Примеси  в природном газе угленосных отложений при высоких содержаниях имеют промышленное значение: этан при содержании 3%, гелий – 0,05%, Н₂ – 0,5%.

    Природные газы в угленосных отложениях в зависимости от содержания ОВ находятся в сорбированном состоянии (в углях  и углистых прослоях содержанием ОВ более 30%), в форме свободного и водорастворенного газа (во вмещающих породах с содержанием ОВ менее 10%). При низких температурах возможно существование метана и его гомологов в кристаллогидратной форме.

    Газоёмкость углей контролируется законом сорбции. Сорбционная  способность вмещающих  пород на два порядка меньше, чем  углей, поэтому их метаноемкость  определяется коллекторскими свойствами, емкостными и фильтрационными характеристиками.

    Различия  форм нахождения предопределили слоистое распределение рассеянных и концентрированных  масс углеводородных газов  в  разрезе  угленосных толщ и изменчивость их химического состава. Распределение  газов в угленосных формациях характеризуется значительными количественными и качественными изменениями по простиранию и по падению пород. В  угленосных бассейнах выделяют следующие зоны:

1 Верхняя маломощная зона эпигенетического газового выветривании. Которая в ряде бассейнов делятся на подзоны: азотно-углекислую, углекисло-азотную, метано-азотную и азотно-метановую.

2 Мощная зона метановых метаморфизованных газов с содержанием метана до 80-100%.

3 Зона метаморфогенной деметанизации (при наличии суперантрацитов).