ФЛЮИДОГАЗОДИНАМИКА НЕФТЕГАЗОНОСНЫХ ОСАДОЧНЫХ
БАССЕЙНОВ В СВЯЗИ С ПОИСКАМИ НЕТРАДИЦИОННЫХ
ИСТОЧНИКОВ УГЛЕВОДОРОДОВ
А.В.Кудельский
Институт природопользования НАН Беларуси, г. Минск
•Поскольку ресурсы нефти и месторождений свободного газа расходуются с
все убыстряющимися темпами, все интенсивнее становятся усилия и научные
проработки по поиску их возможных нетрадиционных заменителей как энерге-
тического сырья [1, 2, 5, 7]. Особую роль в этом отношении могут сыграть го-
рючие (битуминозные) сланцы (ГС), которые с давних пор используются как для
прямого получения тепловой энергии, так и для получения продуктов, подобных
нефтяным. В последнее время с ГС связываются определенные перспективы
геологических поисков, вскрытия и промышленной эксплуатации сланцевого
углеводородного газа (СГ), продуцируемого на новейшем геологическом этапе
или ранее накопленного в пластовых условиях залегания ГС. Бум подобных гео-
логических ожиданий спровоцирован впечатляющими успехами американских
газодобывающих компаний в добыче т.н. СГ на месторождении Барнет и неко-
торых других месторождениях в пределах развития сланцевых толщ на Северо-
Американском континенте.
•Литологически, горючие сланцы представляют собой лишенную существен-
ной микро- и макропористости осадочную породу, глинистую, известковистую,
кремнистую, тонкослоистую, содержащую около 16-40 % и более органического
вещества (ОВ) в виде керогена и до 5 % –– в виде битумоидов. Кероген состоит
из полициклических подгрупп, связанных между собой алканами и изопренои-
дами с длинными цепями. В матрице керогена, кроме того, содержится значи-
тельное количество захваченных конденсированных алканов и жирных кислот.
Аналитические данные о керогене эоценовой свиты Грин-Ривер (США) пред-
ставляются в виде эмпирической формулы С215Н330О12N5S. Современное исполь-
зование ГС ориентировано в основном на получение сланцевого масла и, попут-
но, СГ при их нагревании до 500 оС. В естественном залегании (при температу-
рах до 70 оС) ГС не газоносны и не нефтеносны.
•В условиях устойчивого глубинного погружения геологических формаций
горючих сланцев в интенсивно прогретые зоны осадочных бассейнов («зоны кре-
кинга» по В.Б. Порфирьеву и И.В. Гринбергу) процесс их термометаморфизма
сопровождается потерей сапропелевого вещества и газонефтяных продуктов его
разложения. На стадиях, соответствующих угольным стадиям К, ОС (поздняя
стадия мезокатагенеза), Т и А (апокатагенеза), сланцы практически полностью
теряют свою сапропелевую составляющую и превращаются или в чистую породу
(карбонатную или глинистую) или, при наличии в исходном сапропеле гумусово-
го материала, – в углистую породу или уголь. Поэтому обнаружение типичных
горючих сланцев возможно лишь в разрезе слабо измененных (диагенез – ранняя
стадия мезокатагенеза) осадочных пород.В разрезе нефтегазоносных бассейнов
(НГБ), где осадочные горные породы подвергаются (или подвергались в геологи-
ческом прошлом) воздействию высоких температур (свыше 125 и до 250–600°С),
типичные горючие сланцы глубокими буровыми скважинами нигде не обнару-
жены, что лишает генетического смысла устоявшуюся терминологию типа
«сланцевый газ» и «газосланцевые месторождения». Не случайно в учетных ка-тегориях газа в США прослеживается тенденция [6] замены понятия «сланцевый
газ» (shale gas) на более общее понятие «газ плотных коллекторов» (tight gas). В
терминах геологии догазосланцевого бума это есть обозначение фоновых газов
чрезвычайно плотных горных пород, эксплуатация которых в бассейнах с низкой
тепловой активностью крайне затруднительна и экономически далеко не всегда
целесообразна.
•Формирование нефти и газа рассматривается как необходимое следствие
литогенеза терригенных песчано-глинистых пород в условиях высоких
температур и давлений. Установлено [3 и др.], что и происхождение этих
полезных ископаемых, и их распределение в разрезе НГБ определяются, с одной
стороны, мощностью осадочных песчано-глинистых образований, с другой –
уровнем и продолжительностью теплового воздействия на связанный с ними
комплекс минеральных и органических веществ. Мощность осадочных
образований литосферы, как известно, варьирует в весьма широких пределах: от
нескольких и сотен метров до 3–4 км в осадочных бассейнах неглубокого
заложения и свыше 4–5 км (до 20–25 км) в разрезе типичных нефтегазоносных
бассейнов. Именно при такой мощности осадочного выполнения (в т.ч. и с
учетом мощности пород промежуточных фундаментов в разрезе молодых
платформ – Западно-Сибирской и др.) достигаются необходимые геохимические
и термобарические условия (T>200–250 оС; P>40–50 МПа) для термической
деструкции рассеянного в осадочных породах органического вещества, ОВ
горючих сланцев, а также объемной аккумуляции глубинных продуктов
коромантийной дифференциации и их последующей структурной ассоциации в
молекулярные углеводородные и неуглеводородные комплексы собственно
неф•тЗин,а гчаизтоеклоьнндаеян сачтаосвт ьи гаозсоавд.о чных пород НГБ, в т.ч. и НГБ Северо-
Американского континента, залегает в зоне современных (или палео-) темпера-
тур, превышающих 200–250°С. Многие из них характеризуются суб- и надкри-
тическими для воды температурами в основании осадочных толщ (Предкор-
дильерская нефтегазоносная впадина провинции Альберта, свыше 300°С; нефте-
газоносные бассейны Пермского и Западного внутреннего бассейнов США, на-
пример, НГБ Анадарко с мощностью осадочных образований более 11 км и тем-
пературами в их подошве 250–300 оС; нефтегазоносные бассейны Северного
Галф-Коста с максимальной мощностью осадочных образований до 15 км и тем-
пературами в их основании свыше 300 оС и др.). В объеме осадочного выполне-
ния НГБ с высокими теплоэнергетическими потенциалами легко расслаивающая
материальная система представлена органическим веществом (РОВ), в результа-
те термической деструкции которого при температурах 250–450 оС формируются
гомогенные квазигазовые смеси на основе углеводородов (метан и более тяже-
лые) и подземного испарения пластовых вод в атмосферу газовых глобул. В ре-
зультате субвертикального перемещения подобных оводненных, «перегретых» и
высоконапорных геофлюидов и их расслоения в местах пониженных давлений и
температур разломных и приразломных зон формируются газовые, газоконден-
сатные и нефтегазовые месторождения с пресноводными конденсатами в их подошвенных частях [3].
•Крупнейшие НГБ США расположены в пределах обширных территорий
распространения сланцевых толщ. Сланцы свит Barnett, Haynesville-Bosier широ-
ко представлены в пределах ближних и дальних побережий Мексиканского зали-
ва (нефтегазоносные бассейны Golf Cost); территории распространения сланцев
свит Barnett и Woodford – охватывают территории Пермского и (совместно со
свитой Fayettville) территорию Западного внутреннего нефтегазоносного бассей-
нов. Сланцы свиты Green River широко представлены в пределах нефтегазонос-
ных бассейнов Уиллистон, Восточных Скалистых гор и Юта-Невадийском, а
сланцы Marcellus и Нижний Гурон – в геологических разрезах Предаппалачских
нефтегазоносных бассейнов. С нефтегазоносным бассейном Иллинойс простран-
ственно связана газоносность сланцев свиты New Albany. Все известные место-
рождения т.н. «сланцевого газа» в пределах распространения сланцевых свит
Файетвилл, Хайнесвилл, Марцеллус, Вудфорд, Барнет и др. связаны с нефтегазо-
носными бассейнами, за пределами НГБ сланцы указанных свит не газоносны.
•Обращается внимание на чрезвычайно низкое собственное (или мигрант-
ное?) газосодержание т.н. «сланцегазоносных толщ» – от 1,2–2,4 м3/т (Нью Ол-
бани) до 9–10 м3/т (Хайнесвилл, Барнет, Вудфорд), что свидетельствует об отсут-
ствии какой-либо связи огромных (и по мнению автора, ничем не обоснованных
– А.К.) извлекаемых запасов газа по указанным месторождениям со сланцевыми
толщами свит Файетвилл (1 248 млрд.м3), Хайнесвилл (7 530 млрд.м3), Барнет (1
320 млрд.м3), Марцеллус (7 860 млрд.м3) и др. Последние, судя по их физико-
химическим и петрологическим свойствам [4], не являются источниками т.н.
«сланцевого» газа и служат только в качестве относительно газоупорных толщ
(газовое подпруживание) на пути глубинных потоков УВ-газов, корни зарожде-
ния которых находятся в глубоко погруженных зонах нефтегазообразования, со-
временного или недавнего по геологическим меркам. С целью искусственного
увеличения газопроницаемости плотных горных пород и степени проточности
глубинных газопотоков газодобывающими компаниями США сооружаются кас-
кады многоэтажных искривленных буровых скважин с гидроразрывом пластов.
•Таким образом, выявлена пространственная и структурно-геологическая
связь т.н. «газосланцевых месторождений» США с нефтегазоносными бассейна-
ми с высоким теплоэнергетическим потенциалом. С учетом чрезвычайно низкого
собственного (или мигрантного?) газосодержания сланцев (от 1,2 до 10,5 м3/т)
выше упомянутые высокие извлекаемые запасы углеводородных газов в местах
их залегания могут быть связаны только с «перехватом» субвертикальных газо-
вых потоков из глубоко погруженных зон современного (или недавнего по геоло-
гической шкале времени) нефтегазообразования. Другими словами, мировой га-
зосланцевый бум, спровоцированный средствами массовой информации США,
не имеет под собой геологических оснований, а высокий прирост газодобычи в
этой стране в последние годы связан не с эксплуатацией т.н. «месторождений
сланцевого газа», а с освоением ранее законсервированных месторождений сво-
бодного газа (например, Вудфорд и др.) и (или) с перехватом газопотоков из глу-
боко погруженных зон современного нефтегазообразования и нефтегазовых ме-
сторождений НГБ (Хайнесвилл и др.).•Активно разрабатывающиеся в последние годы проекты поисков т.н. «сланцевого газа» неприемлемы для осадочных бассейнов с низкой тепловой активностью типа Припятского НГБ (с температурами 120-125 оС в основании 6-км оса-
дочной толщи) и некоторых других осадочных бассейнов Восточно-Европейской
платформы. Поиски дополнительных ресурсов природного газа в виде углеводо-
родов глубинного происхождения могут быть реализованы с большей или мень-
шей эффективностью только в бассейнах, пребывающих на этапах современного
или недавнего (по геологической шкале времени) нефтегазообразования. В каче-
стве подобных бассейнов можно назвать Южно-Каспийскую мегавпадину, неф-
тегазоносный бассейн Черного моря, нефтегазоносные бассейны Предкавказья,
Западно-Сибирской нефтегазоносной области с ее доюрским промежуточным
складчатым фундаментом и множество других бассейнов с мощностью осадоч-
ных образований от 4–5 до 15–25 км и высокими температурами переработки
РОВ (250–600 оС) в их подошвенных частях, несомненно, обусловленных тепло-
массопереносом из теплофизической зоны верхнемантийного заложения.
•В заключение отметим, что в природе не существуют как отдельные типы
ни сланцевый газ, ни газосланцевые толщи. В разрезе осадочных НГБ с высокой
тепловой активностью имеют место только газообразные углеводороды термо-
деструкции (ОВ) рассеянного в горных породах (в горючих сланцах средних
степеней метаморфизма в том числе), а также, что вполне возможно для глубоко
погруженных осадочных бассейнов, углеводороды верхнемантийного происхо-
ждения. В этой связи заслуживает доверия мнение многих комментаторов о том,
что нынешний ажиотаж вокруг сланцевого газа является результатом грамотной
пиар-кампании, за которой стоят Chesapeake Energy, Statoil и другие корпора-
ции, уже вложившие в эти проекты немалые суммы и теперь нуждающиеся в
притоке дополнительных средств.
Литература
1. Варшавская Н.Е., Волож Ю.А., Дмитриевский А.Н., Леонов Ю.Г., Милитенко Н.В.,
Федонкин М.А. Новые подходы к решению проблемы роста ресурсной базы углеводо-
родного сырья // Геология нефти и газа. 2011. № 2. С. 2-13.
2. Дмитриевский А.Н., Высоцкий В.И. Сланцевый газ – новый вектор развития мирового
рынка углеводородного сырья // Газовая промышленность. 2010. № 8.
3. Кудельский А.В., Гарецкий Р.Г., Айзберг Р.Е. Геофлюидодинамика и нефтегазообра-
зование. Мн., ИГН АН Беларуси, 1997. 148 с.
4. Кудельский А.В., Грибик Я.Г. «Газосланцевая» проблематика в свете геолого-
геохимических исследований // Изв. НАН Беларуси. Серия хим.наук. 2013. № 2. С. 83-95.
5. Лукин А.Е. О природе и перспективах газоносности низкопроницаемых пород оса-
дочной оболочки Земли // Докл. НАН Украины. 2011. № 3. С. 114-123.
6. Прищепа О.М., Аверьянова О.Ю. Роль нетрадиционных источников углеводородного
сырья в минерально-сырьевой политике // Минеральные ресурсы России. Экономика и
управление. 2013. № 1. С. 21-24.
7. Якуцени В.П., Жарков А.М., Петрова Ю.Э. Нетрадиционные источники природных
газов: перспективы и проблемы их освоения // Геология нефти и газа. 2012. № 6.
