Стабильные изотопы



Предыдущая | Следующая

Содержание

Стабильные изотопы. Отношения стабильных изотопов углерода используют для сопоставления как нефтей, так и природных газов [210, 579]. Изотопный анализ серы применяется для выявления эффектов биодеградации, созревания и реакций осер-нения и обессернивания нефтей [453, 361], но не находит широкого применения при корреляции нефтей. Изотопный анализ водорода используется при сопоставлении газов; кроме того, проведены немногочисленные исследования состава изотопов кислорода и азота в С02 и N2 природных газов [579].

Изотопные анализы углерода обычно сочетают с использованием других геохимических и геологических данных. Результаты этих анализов, как правило, выражены в концентрации 13С в промилле по отношению к стандарту PDB (гл. 2). Для нефтей значения 613CPDB колеблются от —18 до —34 %0. Другими словами, нефти содержат на 18—34 %0 13С меньше, чем стандарт PDB. В нефтях самое низкое содержание 13С обнаружено в «-парафинах, самое высокое — в аренах и (N, S, О)-соединениях. Однако в высокомолекулярной фракции (Ci5+) одной и той же нефти разные классы соединений редко различаются по величине 613С больше чем па 2—3%0. Различия в несколько промилле наблюдаются в легких фракциях (газ, бензин, керосин); эти различия иногда используют для корреляции. Например, нефти, добываемые из залежей в меловых формациях Блэрмор и Вайкинг и из месторождения Джофр в девонской формации Ниску, Западно-Канадский бассейн, различаются по изотопному составу углерода легких фракций. Нефти месторождений Бентли (формация Вайкинг) и Джофр характеризуются одинаковым изотопным составом углерода легких фракций. Сопоставление нефтей по изотопному составу легких фракций невозможно, если нефти подверглись вымыванию или биодеградации. Биохимическая деструкция w-парафинов приводит к обогащению остаточных нефтей углеродом-13. Образование слоя окисленной нефти у поверхности водонефтяного контакта также сопровождается увеличением концентрации 13С.

Сравнение нефтей по составу изотопов углерода проводят в основном на фракциях С15+, более устойчивых к процессам деградации, чем легкие фракции. По сообщению Фьюкса [210], неизмененные нефти дельты Маккензи были разделены на две группы на основании различия в составе изомеров гептана, но биохимически окисленные нефти не содержали гептанов. Анализ изотопов углерода фракций Ci5+ всех этих нефтей позволил подразделить их на две выше упомянутые группы независимо от степени их разложения микроорганизмами. Фьюкс подчеркивает, что установление достоверных связей между нефтями на основе анализа изотопов углерода возможно только при сопоставлении идентичных фракций нефтей. Кроме того, он рекомендует определять значения 613С для каждого класса соединений (н-парафины, нафтены, ароматические компоненты) в каждой исследуемой фракции.

Рис. 11-6. Связь 613С для нефракционированных нефтей с индексом корреляции для 14-й дистиллятной фракции, выкипающей при температурах от 250 до 275°С при давлении 40 мм рт. ст.

Эта фракция менее подвержена деградации и изменениям при опробовании. Условные обозначения (указано название месторождения, возраст пород, район): 1 — Доллархайд, силур, Техас; 2 — Магьютекс, ордовик, Техас; 3 — Ред-Уош, эоцен, Юта; 4 — Доллархайд, девон, Техас; 5 — Ист-Доллархайд, девон, Техас; 6 — Юниверсити-Ленд, пермь, Техас; 7 — Эшли-Валли, пенсильваний, Юта; 8 — Йеллоу-Крик, мел, Миссисипи; 9 — Хайделберг, мел, Миссисипи; 10 — Окснард, олигоцен, Калифорния. Пробы 8 и 9 представляют собой фракцию нефти Сп+. Использованы данные Силвермена и Эпштейна [548], Квенволдена

и Скуайрса [367], Эрдмана и Морриса [193], Мак-Кинни и.др. [402].

Значения 613С для всей нефти отражают в основном групповой состав нефти (соотношение парафинов, нафтенов и ароматических компонентов) и поэтому не представляют большого интереса для сопоставления нефтей в отличие от значений б13С отдельных фракций. На рис. 11-6 показана связь между индексами корреляции и значениями 613С для некоторых нефтей. При корреляции точное измерение 813С дает те же результаты, что и определение индексов корреляции.

Наибольший эффект получен при использовании анализов изотопов углерода для корреляции газов. Как известно из гл. 5, значения б13С биогенного метана составляют от —55 до —75 °/оа. Газ, образующийся в результате термического разложения лейптинитового керогена, имеющего относительно низкую концентрацию 13С, характеризуется значениями б13С от ~—40 до —58%0- Значения б13С угольного газа и сухого газа с больших глубин, образующегося при термическом разложении витрини-тового керогена, варьируют от 25 до —40%о [210]. Границы диапазонов значений 613С приблизительны и могут отклоняться на ±5%о в связи с различиями в характере исходного органического вещества.

Значения 613

Фьюкс [210] и Шталь [579] приводят несколько примеров изучения состава изотопов углерода природных газов. Целью большинства этих исследований было выяснение происхождения и истории миграции газов.

Были предприняты попытки сопоставления материнских пород и нефтей на основании различий в величине параметра 313С разных компонентов нефти и растворимого органического вещества пород [579]. Растворимое органическое вещество материнских пород обычно изотопно тяжелее, чем соответствующие нефти, но легче, чем асфальтены нефти и кероген материнских пород. И в нефтях, и в растворимом органическом веществе пород содержание тяжелого изотопа углерода увеличивается в следующем порядке: «-парафины, изопарафины, нафтены, моноциклические арены, полициклические арены, (N, S, О) -соединения.

Содержание