Геохимическая характеристика формации Йогу бассейна Термит (Республика Нигер)

Введение

Бассейн Термит занимает площадь 27 000 км² и является частью бассейна Нигерского рифта, который представляет собой асимметричную протяженную рифтовую систему, состоящую из наложенных мезозойско-кайнозойских осадочных комплексов, залегающих на кембрийско-юрском эпиметаморфическом фундаменте (рис. 2). Бассейн Термит является важным компонентом рифтовой системы Западной и Центральной Африки [9][10][17] (рис. 1). Бассейн Термит, простирающийся с северо-запада на юго-восток, расположен между грабенами Тефидет, Тенере, Грейн и Кафра (Северный Нигер) и бассейном Борну в Нигерии и простирается примерно на 300 км с севера на юг и на 60—110 км с запада на восток [16]. Он развит на докембрийском фундаменте и имеет грабенообразную структуру, контролируемую граничными разломами с северо-запада на юго-восток [26] (рис. 3). Бассейн Термит образовался во время раскола Гондваны и открытия южной части Атлантического океана примерно 130 млн лет назад [1][2][6][18][20][22].

Будучи крупнейшим мезозойским осадочным бассейном рифтовой системы Западной и Центральной Африки, бассейн Термит принадлежит к системе, состоящей из десяти тектонически-структурных единиц (впадина Динга и Моул, Тракес и Йогу, поднятие Фана и Судана, грабен Арага, зона разлома Динга, западная и восточная платформы) [7][15][26]. В бассейне Термит есть два типа разломов. Первый тип состоит из разломов с северо-западным — юго-восточным простиранием, в основном локализованных на краю бассейна. А второй тип: северо-восточных — юго-западных разломов, широко развитых в центре впадины Моул. Большинство нефтяных залежей связаны с тектонически экранированными ловушками [7][8].

Бассейн Термит с момента своего формирования и до настоящего времени пережил две фазы рифтинга соответственно: одна в позднем мелу, сопровождавшийся морской трансгрессией, и другой — в палеогеновое время [5][14][26]. Наиболее полный стратиграфический разрез Восточно-Нигерского бассейна лучше всего представлен в южной части бассейна Термит. Здесь находилась осевая зона Восточно-Нигерского бассейна осадконакопления, без каких-либо признаков последующего поднятия бассейна. Бассейн здесь имеет наибольшую мощность осадков, оцениваемую в 7 км [14][17]. Здесь были наиболее благоприятные условия для формирования и реализации углеводородных систем.

Литостратиграфическая последовательность бас- сейна Термит представлена породами от мела до неогена. Породы нижнемелового возраста представлены континентальными отложениями, состоящими из кремнистых песчаников, местами переслаивающихся преимущественно с каолинитовыми глинистыми породами.

В составе верхнемеловых пород выделяются формации Донга, Йогу и Мадама. Они представлены морскими и речными комплексами пород. Формация Йогу подразделяется на две части: верхняя, сложенная переслаиванием песчаника, светло-серого и темно-серого аргиллита, и нижняя, сложенная темно-серыми и черными аргиллитами. Породы палеогенового возраста состоят в основном из песчано-глинистых пород. Породы неогенового возраста состоят из речных отложений, представленных в нижней части песчаниками и глинами, а в верхней — массивными песчаниками с тонкими прослоями сланцеватых глин. Современная четвертичная система представлена массивными желтовато-серыми песчаниками и зеленовато-серыми глинами.

Все эти образования залегают на гранитном и метаморфическом основании докембрийского возраста и активизировались во время панафриканского орогенеза.

Результаты

Аргиллиты формации Йогу являются основной материнский толщей в бассейне Термит [2][10][26]. Для определения источника органического вещества использовались: петрографический анализ, изучение биомаркеров (стеранов) и пиролитические исследования методом Rock-Eval.

Материнские породы — это породы, обогащенные автохтонным органическим веществом, кероген которых может генерировать и отдавать углеводороды. Источником для органического вещества преимущественно служат высшие растения, фито- и зоопланктон, бактерии. Кероген — часть органического вещества, не растворимая в органических растворителях, который образуется в конце диагенеза.

Для определения геохимических характеристик формации Йогу были проведены исследования пиролитическим методом Rock-Eval. С помощью данного метода определялись количество общего органического углерода (TOC), водородный индекс (HI), благодаря которому можно узнать источник для органического вещества и палеофациальной обстановки осадконакопления, а также другие геохимические параметры. ТОС в аргиллитах из нижней части формации Йогу составляют в среднем 2,71%, что по классификации Питерса и Кассы [22] относит их к хорошим материнским породам. А аргиллиты из верхней части являются более богатыми с точки зрения содержания органического вещества, так как ТОС в них составляет 4,91%, следовательно, они являются богатыми материнскими породами [22].

Верхняя часть формации Йогу претерпела меньшие катагенетические изменения по сравнению с нижней. В образцах фиксируются образцы со II, II/III и III типами керогенов [22]. Преобладают образцы с типом керогена II (HI > 300 мг УВ/г ТОС), что свидетельствует о накоплении осадка в морских обстановках. А наличие керогенов II/III и III типов указывает на привнос материала с континента и на вклад высшей наземной растительности. В нижней части также встречаются различные типы керогена, но преобладающими являются керогены III и II/III (HI ~200 мг УВ/г ТОС). Это говорит о значительном вкладе высшей наземной растительности в органическое вещество.

В результате преобразования органического вещества не все источники изменяются с одинаковой скоростью, поэтому и в породах, претерпевших значительные катагенетические преобразования, можно встретить включения, которые сохранились практически в неизменном или слабоизмененном состоянии и определимы при микроскопических исследованиях. Таким образом, в органическом веществе пород можно встретить и мацералы, которые несут важную генетическую информацию. Мацералы — мельчайшие органические составляющие углей и углистых частиц в осадочных породах, различимые под микроскопом. Углистые включения, повсеместно присутствующие в аргиллитах, изучались на основе справочников Международного комитета по угольной и органической петрологии [11—13]. Исследование мацералов проводилось в соответствии с Международными стандартами ИСО серии 7404. Определение мацерального состава происходило с помощью изучения угля под микроскопом в отраженном белом свете, а также дополнительно использовалась флуоресцентная микроскопия.

В таблице 1 представлен мацеральный состав изученных образцов материнской породы из 9 скважин формации Йогу. Образцы аргиллитов формации Йогу в основном состоят из мацералов витринита, инертинита и липтинита без сапропелинита (битуминит) (табл. 1). Стоит отметить, что в группе липтинита именно сапропелинит (битуминит) играет роль в образовании нефтяных углеводородов [13].

Витринит имеет серый цвет в отраженном свете и при масляной иммерсии, инертинит в основном представлен фюзинитом, содержание которого, как правило, низкое, и в отраженном свете при масляной иммерсии варьируется от бело-серого до белого цвета [17]. Липтинит в основном состоит из кутинита, который имеет желтую флуоресценцию.

Была построена треугольная диаграмма мацерального состава. Анализ диаграммы мацеральных компонентов из образцов формации Йогу верхнего мела показал, что основными составляющими являются витринит-инертинит и липтинит. Из диаграммы видно, что ни один из образцов формации Йогу не содержит сапропелинита (битуминита) (рис. 3). Распределение мацералов показало, что значительный вклад в состав органического вещества формации Йогу также вносит высшая наземная растительность.

В предшествующих исследованиях [4] было изучено распределение стеранов. Стераны C27 в основном произошли из водорослей и других низших водных организмов, стераны C29 — из высших наземных растений. На диаграмме обычные стераны C27—C28—C29 преобладают над стераном C29 в образцах аргиллитов формации Йогу. Стераны ααα 20R C27, C28, C29 показывают перевернутое L-образное распределение на масс-хроматограмме m/z 217 [4], относительное содержание показывает: C29 > C28 > C27 (рис. 4).

C27—C29 можно использовать для определения природы органического вещества. Распределение нормальных алканов и изопреноидов в исходных породах информативно для определения генетического происхождения и исходных сред [19].

Анализ различных процентных соотношений, представленных в таблице 2, показывает распределение стеранов C27, C28 и C29 в экстрактах образцов формации Йогу.

Во всех образцах отмечается преобладание стеранов C29 над стеранами C27 и C28 (табл. 2). И наблюдается следующая последовательность: C29 > C28 > C27. Все эти результаты свидетельствуют о том, что источником керогена в образцах скважин формации Йогу являются наземные растения [4, 10]. Высокие концентрации стеранов C29 относительно C27—C28 могут указывать на наземный источник [4][10]. Число углерода, которым обладают стераны, может помочь определить происхождение органического вещества. Стераны C27 получены в основном из морского органического вещества, тогда как C29 более типичны для высших растений. Например, явно преобладающая доля стеранов C29 относительно стеранов C27 и C28 подтверждает вклад континентального органического вещества.

Таким образом, мацеральный состав образцов из скважин из меловой формации Йогу включает витринит, инертинит и липтинит. Полученные результаты показывают, что кероген образцов формации Йогу имеет преимущественно континентальный источник [16]. Липтинит состоит из богатых водородом частей высших растений и водорослей, а мацералы представляют собой споринит, кутинит, резинит, альгинит, липтодетринит.

И в этой группе отсутствуют мацералы сапропелинита. Витринит, инертинит и липтинит (споринит, кутинит и резинит) имеют наземную природу [16—22].

Заключение

Образцы аргиллитов из формации Йогу, отобранные из мелового бассейна Термит на юго-востоке Нигера, были изучены с помощью пиролитического метода Rock-Eval, петрографического и биомаркерного анализов. Формация Йогу делится на две части: нижнюю, представленную преимущественно черными аргиллитами, и верхнюю, представленную переслаиванием песчаников и аргиллитов. По методу Rock-Eval было установлено, что органическое вещество материнских аргиллитов из нижней части имеет преимущественно II тип керогена, но также встречаются и образцы с типами керогенов II/III и III, что свидетельствует о привносе источников для органического вещества с континента. Верхняя часть формации Йогу имеет образцы с преобладанием III и II/III керогенов, что свидетельствует о преобладании среди источников для органического вещества высшей наземной растительности.

Петрографический анализ образцов показал, что в породах присутствуют мацералы групп витринита, инертинита и липтинита. Во всех исследованных образцах не было идентифицировано сапропелита (битуминита), который связан с последующей генерацией жидких углеводородов. Все остальные мацералы, присутствующие в изучаемых образцах, свидетельствует о том, что был значительный привнос материала с континента, а именно высшей наземной растительности. Биомаркерный анализ этих образцов после экстракции показал, что в них присутствуют стераны C29, C28 и C27. Кроме того, было обнаружено, что стераны C29 доминируют над своими аналогами C27 и C28, что тоже подтверждает происхождение органического вещества аргиллитов формации Йогу из континентальных источников. Таким образом, все упомянутые подходы: пиролитические исследования с помощью метода Rock-Eval, петрографические исследования мацералов и биомаркерный анализ — указывают на то, что органическое вещество аргиллитов формации Йогу происходит преимущественно из высших наземных растений, что является причиной генерации газообразных углеводородов в большем объеме. Результат работ указывает на значительную газоносность региона, а не только нефтеносность. Результаты, полученные авторами, могут быть использованы при моделировании углеводородных систем.