Геология нефти и газа (Еременко Н.) - часть 8

 

  Главная      Учебники - Разные     Геология нефти и газа (Еременко Н.) - 1968 год

 

поиск по сайту            

 

 

 

 

 

 

 

 

 

содержание   ..  6  7  8  9   ..

 

 

Геология нефти и газа (Еременко Н.) - часть 8

 

 

Гл. III. Элементы,  рходящие  в  состав  пефтей   и природных   газов

 

Т а б л и да    12 

Изотопный состав углерода нефтей, газов и битумов

 

Местонахождение

 

 

C

12

 / C

13

 

 

Авторы

 

 

Нефть Западный Техас (США)    . . . . . .

 

 

91,2

 

 

А. Ннр п   И.   Гульбрансен

 

      (1939)

 

Лос-Анджелес,     штат     Калифорния 
(США)     . . . . . . . . . . . . .

 

 

92,0 

 

 Б. Мерфи (1941)

 

 

Район  оз.   Сеуюш,   штат   Оклахома 
(США)      . . . . . . . . . . . . .

 

 

93,2

 

 

С. Вест (1945)

 

 

Уайлдкат,    округ     Минклер,    штат

 

Т

ЕХАС 

(США) 

 

93,9

 

 

 
 

Купер-Ков,    округ    Карбон,     штат 

Вайоминг (США)     . . . . . . . .

 

 

94,1

 

 

 
 

Андижан 

92,4

 

А. В. Трофимов (1950)

 

Сураханы 

91,4

 

 

Стерлитамак  . . . . . . . . . . . .

 

91,2

 

 

Краснодарский    край,    Майкопская 

площадь, скв. 23    . . . . . . . .

 

91,3

 

 

Ф. А. Алексеев и В. С. Ле- 
 

Природный газ

 

Коми     АССР,      Троицко-Печорскпй 

район, скв. 81  • • • • • • • • • •

 

 

 

93,0

 

 

бедев (1964) Ф. А. Алексеев н 

Краснодарский    край,    Майкопская 

площадь, скв. 30    . . . . . . . .

 

 

92,97

 

 

бедев (1964)

 

 

Краснодарский    край, „ Ново-Дмнт-

 

 

92,7

 

 

 
 

риевская площадь   . . . . . . . .  

Краснодарский    край,     Ленинградская 

площадь, скв. 7    . . . . . .

 

92,4

 

 

 
 

Краснодарский     край,      Каневская 

площадь, скв. 44     . . . . . . . .

 

 

92,88

 

 

Ф. А. Алексеев и В. С. Ле- 
         бедев (1964) 

Безводненская площадь, скв. 785 .   . 

Каневская площадь, скв. 12   . . . .  

Челбасская площадь, скв. 5   . . . .  

Кущевская площадь, скв. 21      . . .

 

Болотный газ  

Литва, Шяуляй    . . . . . . . . . .

 

92,16 

 92,6

 

92,33  

92,5

 

 
 
 
 

 
 

Латвия     

. . . . . . . . . .

 

94,0

 

 

Коми АССР   . . . . . . . . . . . .

 

95.1

 

 

 
 

 
 

 
 

58 

§ 3.Изотопы С, Н, 8, О и N в нефтях и битумах 

 

Рис. 11. Изменение изотопного состава водорода нефтей по стратиграфическому 

разрезу   Советского   Союза.

 

Крестиком  обозначены  средние  значения. 

 

59 

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Гл. III. Элементы,  входящие в  состав  нефтей  и природных газов 

изотопного состава водорода нефтей, в настоящее время не изучены. И. 

В. Гринберг отмечает повышенное содержание дейтерия в водах,   

сопровождающих  скопления  нефти и  газа.   По  его  мнению, 

обогащение нефтей дейтерием происходит за счет изотопного обмена

 

 

Рис.    12.    Изменение изотопного состава   водорода   нефтей по 

различным территориям   Советского   Союза.

 

I — Средняя Азия;  II — Предкавказье;   III — Западная и Восточная 

Сибирь;    IV — Среднее   Поволжье.   Крестиком    обозначены   средние

 

значения.

 

водорода нефтей и вод. На значительное содержание дейтерия в древних 

водах  (архейских,  протерозойских)  указывали  многие  исследователи. 

Иллеш  Даллош  на  примере  нефтяных  месторождений  Венгрии  показал 

закономерное  увеличение  дейтерия  в  водах  по  мере  роста 

стратиграфической глубины их залегания. В других районах, например 

в  Ферганской  долине,  судя  по  данным  А.  М.  Габ-риляна,  такой 

закономерности не отмечается.

 

Изотопы  серы.  В  земной  коре  встречаются  четыре  стабильных 

изотопа  серы:  S

32

,  S

33

,  S

34

  и  S

36

.  Они  имеют  следующую  распростра-

ненность в % (по К. Ранкама): S

32

 — 95,1; S

33

 — 0,74; S

34

 — 4,2; S

36

0.016/

 

60 

§ 3. Изотопы С, Н, 8, О и N в нефтях и битума 

При рассмотрении природных объектов используют соотношение 

двух наиболее распространенных изотопов серы 8

32

 и 8

34

. Соотношение 

изотопов серы в природе показано на рис. 13.

 

А.  П.  Виноградов,  М.  С.  Чупахин,  В.  А.  Гриненко  и  А.  В.  Тро-

фимов  изучили  изменение  отношений  8

32

/8

34

  в  пирите  и  сульфатах 

осадочной толщи. В осадочной толще величина избытка 8

34

  по  сравне-

нию  со  стандартом  колеблется  в  пределах  от  —4,14  до  +4,55°/

00

,  а 

отношение  8

32

/8

34

  изменяется  от  21,280  до  23,212.  Американский 

исследователь X. Тод на основании данных о соотношении изотопов 

серы осадочных образований высказал предположение о фракциони-

ровании изотопов серы во времени, приводящем к обогащению

 

 

Рис. 13. Содержание изотопов серы в природе (по В. Тапперу, 1961).

 

сульфатов тяжелым изотопом 8

34

, а сульфидов — изотопом 8

32

. Группа 

советских  исследователей  под  руководством  А.  П.  Виноградова 

пришла  к выводу, что возрастного эффекта в разделении изотопов 

серы не наблюдается.

 

По  мнению  этих  исследователей,  колебания  в  изотопном  составе 

серы  прежде  всего  обусловлены  конкретными  условиями  образования 

тех  или  иных  минералов.  К  этому  выводу  присоединяются  В.  Олт  и 

Дж.  Калп.  Справедливость  этого  положения  подтверждается  ши-

рокими колебаниями отношения 8

32

/8

34

 в одновозрастных минералах. В то 

же время нельзя отрицать и некоторую долю истины в предположении 

Тода.  Так,  по  данным  А.  П.  Виноградова  и  др.  соотношение  8

32

/8

34

  в 

пиритах  из  глин  меняется  от  21,280  в  девоне  до  22,320  в  третичных 

отложениях,  т.  е.  в  среднем  происходит  «облегчение»  пиритов  в 

осадочных  толщах  в  направлении  от  протерозойских  к  третичным 

отложениям.  Однако  указанный  эффект  нельзя  использовать  в  целях 

корреляции  или  стратификации,  так  как  отклонения,  связанные  с 

условиями образования минералов, вызывают 

61 

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Гл. III. Элементы,   входящие   в   состав   нефтей   и   природных   газов 

слишком  широкие  колебания  этого  соотношения.  На  основании 

обширного  фактического  материала  можно  предположить,  что  если 

подобные  сопоставления  производить  в  пределах  единого  седимента-

ционного  бассейна  и  в  сходных  фациальных  условиях,  то  могут  быть 

получены и более надежные результаты.

 

До  сих  пор  недостаточно  ясен  вопрос  о  причинах,  вызывающих 

разделение  изотопов  серы  в  осадочной  толще  земной  коры.  Из  про-

цессов,  которые  могли  влиять  на  это  разделение  (диффузия,  окисление 

при  выветривании,  воздействие  микроорганизмов  и  т.  д.),  по  мнению 

большинства  ученых,  главное  значение  имеют  биологические  про-

цессы.  Еще  в  1926  г.  академик  В.  И.  Вернадский  высказал  мысль  о 

возможном  разделении  изотопов  элементов  в  природе  биологическим 

путем.  В то  время предположение не могло  быть  проверено. Позднее 

опытами X. Тода и других исследователей доказано фракционирование 

изотопов  серы  в  процессе  бактериального  восстановления  сульфатов. 

Образующийся при этом сероводород обедняется тяжелым изотопом 8

34

а остаток сульфатов обогащается им. На основании полученных данных 
X.  Тод высказал предположение об  изменении изотопного состава  серы 

сульфатов  океанов  во  времени.  Этим  процессом  он  объясняет 

наблюдающиеся в осадочной толще отличия в отношении 8

32

/8

34

.

 

Автор  совместно  с  В.  Л.  Мехтиевой  провел  эксперименты  по  би-

ологическому  восстановлению  сульфатов.  Для  лабораторных  опытов 

были  использованы  естественные  биоценозы  бактерий,  выделенные  из 

третичных  нефтей  Апшерона  и  современных  морских  осадков.  При 

масс-спектрометрических  исследованиях  в  качестве  стандарта  была 

принята  сера  соли  Са80

4

,  по  изотопному  составу  не  отличающаяся  от 

стандарта,  принятого  в  исследованиях  группой  А.  П.  Виноградова 
(сера  троилита  Сихотэ-Алиньского  метеорита,  8

32

/8

34

  =  =  22,20).  В 

результате 

проведенных 

экспериментов 

подтвердилось 

фракционирование  изотопов  серы  при  восстановлении  сульфатов 

микробиологическим путем. Но этот процесс оказался более сложным, 

чем предполагалось до сих пор. Образующийся сероводород не всегда 

был  обеднен  изотопом  8

34

.  В  замкнутой  среде  изотопный  состав 

сероводорода  со временем изменялся  в  сторону  утяжеления, при этом 

величина  отношения  8

32

/8

34

  значительно  уменьшалась  по  сравнению  с 

исходным  сульфатом.  На  рис.  14  приведены  данные  одной  серии 

опытов.  Таким  образом,  если  залежь  нефти  находится  в  замкнутых 

условиях, то при отсутствии движения вод возможно образование Н

2

с  пониженным  отношением  8

32

/8

34

.  За  последние  годы  проведена 

большая  работа  по  определению  отношения  изотопов  серы  в  нефтях, 

газах и битумах.

 

Автор в лаборатории ВНИГНИ (при участии Р. Г. Панкиной, Р. М. 

Кондратьева,  С.  М.  Куловой  и  М.  Н.  Чурмантеевой)  определил 

отношение  8

32

/3

34

  в  образцах  газов,  нефтей  и  битумов  Волго-

Уральской нефтегазоносной области, Западного Предкавказья и

 

 

62 

§ 3. Изотопы  С,  Н,  8,  О  и N  в  нефтях  и битумах 

63

 

Средней  Азии. Проведенные исследования  показали, что в изученных 

образцах  это  отношение  колеблется  в  значительных  пределах  (более 
40°/

00

).  Исследования  показывают  отсутствие  какой-либо  связи  между 

количеством  серы  в  нефтях  и  отношением  8

32

/8

34

.  В  работе  X.  Тода  и 

других  отмечается  постоянство  значения  8

32

/8

34 

для  нефтей  из 

одновозрастных  отложений  на  обширных  пространствах  США  и 

Канады.  Названные  авторы  отмечают  сходство  отношения  3

32

/8

34

  в 

нефтях и газах одних и тех же горизонтов.

 

 

Рис.  14.  Изменения изотопного состава сероводорода,  образующегося в про-

цессе бактериальной редукции М§80

4

 (по Н. А. Еременко и В. Л. Мехтиевой).

 

— свободный Н

2

S, культура N5 86; — свободный Н

2

S, культура В. Длительность опыта 106 

дней, температура инкубации 35—38° С.

 

С некоторым приближением можно говорить о близости нефтей по 

изотопному составу серы из одновозрастных отложений на территории 

Советского Союза (девон, карбон, пермь Волго-Уральской области, юра 

Средней  Азии  и  Западной  Сибири  и  др.)  и  о  различиях  нефтей  из 

отложений  разного  возраста.  Изменение  изотопного  состава  серы 

нефтей  по  стратиграфическому  разрезу  Советского  Союза  отчетливо 

коррелируется с изменением 68

34

 сульфатов эвапоритов (рис. 15).

 

Что  касается  Н

2

S  нефтяных  газов,  то  по  нашим  данным  его  изо-

топный  состав  подвержен  значительным  изменениям,  а  образование 

связано  с  восстановлением  сульфатов  микробиологическим  путем. 

Некоторые исследователи отмечают, что нефти и битумы, извлеченные 

из  пород  одной  и  той  же  толщи,  имеют,  как  правило,  одинаковые  или 

близкие отношения S

32

/S

34

.

 

 

63 

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Гл. III. Элементы,   входящие  в  состав  нефтей  и природных -газов

 

Изотопы  кислорода.  В  земной  коре  установлено  существование 

трех стабильных изотопов кислорода. Их средняя распространенность 

в воде и воздухе (по К. Ранкама) следующая (в %):

 

Обычно  изучают  отношение  0

/0

18

.  Оно  исследовалось  для  вод 

различного происхождения (атмосферные, воды в некоторых растениях 

и  животных).  В  нефтях,  природных  газах  и  сопутствующих  им  водах 

изотопное отношение 0

16

/0

18

 не изучено 

В  последнее  время  отношение  изотопов  кислорода  в  карбонатах 

используют  в  геологии  для  определения  температуры  воды  древних 

бассейнов.  При  определении  температуры  основываются  на  существо-

вании  изотопнообменного  равновесия  между  кислородом  воды  и  С0

2

находящимся  в  воде  или  в  карбонате.  Константа  этого  равновесия 

меняется  в  зависимости  от  температуры  среды.  Это  обстоятельство  и 

позволяет использовать отношение 0

18

/0

18

 в карбонатах для определения 

температуры древних бассейнов 

 

64 

§ 3. Изотопы С, Н, 8, О и N в нефтях и битумах

 

Изотопы азота. Природный азот имеет два стабильных изотопа со 

следующей  средней  распространенностью  в  процентах  (по  Хое-

рингу): №* — 99,635; №

5

 — 0,365.

 

Изотоп  1Ч

15

  в  верхних  слоях  атмосферы  под  действием  нейтронов 

космических  лучей  распадается  с  образованием  радиоактивных 

изотопов  углерода  С

14

  и  трития  Н

3

.  В  результате  отношение  ГЧ

14

/№

в 

атмосфере  возрастает  по  мере  удаления  от  поверхности  земли  от  273 

до 282,6 на высоте 54—58 км.

 

Определений  изотопных  соотношений  азота  в  нефтях  и  газах 

проведено  пока  очень  мало  (П.  Смит  и  Б.  Худсон,  Т.  Хоеринг  и  Г. 

Мур);  Т.  Хоеринг  и  Г.  Мур  установили  фракционирование  изотопов 

азота при миграции азотсодержащих газов через песчаники.

 

Приведенные  в  настоящей  главе  материалы  достаточно  четко 

характеризуют  элементарный  состав  нефтей,  газов  и  битумов.  Вза-

имоотношения между биогенными элементами, участвующими в строении 

упомянутых  веществ,  определенным  образом  изменяются.  Выявление 

закономерностей  этих  изменений  может  помочь  при  установлении 

природы изучаемых веществ и их происхождения. В. И. Вернадский и 

А. Е. Ферсман  указали на зависимость распространенности полезных 

ископаемых  в  земной  коре  и  их  истории  от  строения  атомов 

слагающих  их  элементов.  Данные  по  элементарному  составу 

каустобиолитов  уже  давно  широко  используются  для  их 

характеристики,  различных  сопоставлений  и  генетических  выводов. 

Более  глубокое  изучение  строения  атомов  и  изотопных  отношений 

элементов в нефтях, газах и битумах начато только в последние годы. 

Полученные  данные  позволяют  предполагать,  что  именно  этим  путем 

удастся  решить  ряд  сложных  проблем  геологии  нефти,  связанных  с 

условиями  формирования  залежей,  перемещениями  нефти  и  газа  в 

земной коре и, наконец, с условиями их возникновения (генезисом). 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

65 

 

Рис.  15.  Изотопный состав серы нефтей и сульфатов  

эвапоритов различного возраста.

_ сульфаты древних океанов  

по X. Тоду и Д. Монстеру,  1963; 2— нефти Советского Союза; 8 — 

нефти США  и Канады по Х.Тоду и др., 1958 

 

 

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

 

 

 

 

 

 

 

содержание   ..  6  7  8  9   ..