Газы соленосных отложений

В соляных породах можно выделить несколько форм нахождения газов: сорбированные открытой поверхностью, растворенные в кристаллической решетке; находящиеся в газово-жидких микровключениях; свободно выделяющиеся газы — газы макровключений.

Количество сорбированных газов в солях незначительно, так как соляные породы обычно плотные и имеют незначительную пористость (0,9÷3,0%). 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. Измерения и расчеты показывают, что основная масса газа в соленосных отложениях, например, Старобинского месторождения, содержится в кристаллической решетке и микровключениях соляных минералов. Количество газа, определяемое при растворении соляных пород, в среднем равно ~50 см³/кг, достигает 210 см³/кг, возможно, и более в молочно-белом сильвините. Разработан метод определения газо­носности по количеству Аr_рад, мигрировавшего из кристаллической решетки в полости.

Количество радиогенного аргона, потерянного весовой единицей твердой части породы, может быть точно определено (если известно содержание калия и возраст породы). Потерянный породой аргон, если допустить изолированность соляного пласта, оказывается в нарушениях кристаллической решетки, прежде всего в полостях (макровключениях). Тогда, непосредственно определив концентрацию радиогенного аргона в газах (С_Аг, об.%) можно рассчитать общее количество других (основных) газов микровключений, отнесенное к единице веса породы (Qr):

Q_r=g_Ar.100/C_Ar,

где g_Ar — количество потерянного ⁴⁰Ar_paд (см³/г),

где с — скорость образования ⁴⁰Аг_рад в 1 г породы; k —концентрация калия; t — возраст породы.

В соляных породах присутствуют 3 типа газов:

1) реликтовые - захва­ченные породой из окружающей среды при кристаллизации, среди них атмосферные, биохимические (О₂, часть N₂, СО₂, Аг);

2) аутигенные - об­разовавшиеся на месте за время существования породы. Это в основном продукты преобразования ОВ и радиоактивного превращения урана, тория, калия (большая часть N₂, CO₂, СН₄+ТУ, Аг, Не). 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.

Долю участия различных генетических составляющих в газах солей оценить очень сложно. По всей вероятности, в соляных породах присутствует смесь газов названных типов.

Химический и изотопный состав аутигенных газов различных минераль­ных разновидностей соляных пород пластовых форм залегания идентичен и не зависит ни от возраста пород, ни от их территориальной приуроченности или положения в разрезе. Он существенно отличается от вообще характерного для осадочной толщи. Основным компонентом газов солей является азот (в среднем 70%), содержание тяжелых гомологов метана в составе угле­водородных газов велико (~ 40%). Отношение ³Не/⁴Не резко понижено - < 10^-8. В составе газов соляных пород не встречен мантийный гелий. Отношение изотопов аргона велико- ⁴⁰Аr/³⁶Аr = (2÷50).10³ . Отношение ⁴Не/²¹Nе_рад в сильвините высокое — (7÷17).10⁷, а в каменной соли низ­кое — (0,17÷0,18).10⁷. Среднее значение σ¹⁵N в газах соленосных отложе­ний составляет +4‰. Метан соленосных пород изотопно тяжел. Значение σ¹³С метана (-24‰) почти такое, как у этана . Состав газов кристаллической решетки соляных пород, выделенных методом растворения, изотопный состав гелия, аргона и азота, неона в газах соляных бассейнов, а также изотопный состав углеродсодержащих соединении й в соленосных провинциях детально рассмотрен в справочниках («Справочник по геохимии нефти…», 1998).

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.

Эпигенетичные газы соляных пород в отличие от собственно солевых (аутигенных) 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 (макровключениях) 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 УВГ.

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 образом: газы солеродного близповерхностного бассей­на — атмосферные и частично биохимические (N₂, О₂, СО₂, Ar, Ne и др.) захватываются соляными минералами при их кристаллизации. Эти реликтовые газы концентрируются в кристаллической решетке и в многочисленных пузырьках — будущих микровключениях. Компоненты свободной газовой фазы (микровключений) и растворенные в кристаллической решетке, по-ви­димому, 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 (кристаллической решетке минералов, межзерновом пространстве) в результате радиоактивного распада, ядерных реакций (Аr, Не), воздействия радиации на ОВ, воду,
возможно, минеральную часть (N₂, СН₄+ТУ, СО₂, Н₂, О₂ и др.), окисли­
тельно-восстановительных реакций (СО₂, СН₄).

2. Миграция новообразованных (аутигенных) 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 (по мелким трещинам, межзерновому пространству), трансформирует газовый состав в твердой части из-за различия коэффициентов диффузии и сорбционной способности и, естественно, в микровключениях. В результате газовая фаза микровклю­чений обогащается гелием, метаном, азотом, в меньшей степени аргоном.

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, обуслов­ливают крайнюю пестроту химического состава газов в соляных породах.

При перекристаллизации соли в соляные пласты проникают вместе с рассолами эпигенетичные газы окружающих соли других осадочных пород.

Интенсивное образование газов в залегающих глубже породах, их последующая миграция приводят 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. В первом случае главным компонентом являются СН₄+ТУ, во втором - СО₂, N₂, Н₂, СН₄.