СОСТАВ ИЗОТОПОВ УГЛЕРОДА МЕТАНА



Предыдущая | Следующая

Содержание

СОСТАВ ИЗОТОПОВ УГЛЕРОДА МЕТАНА

Биогенный метан отличается по составу изотопов углерода от метана, образующегося абиогенным путем на стадии катагенеза (рис. 5-6). На рис. 2-3 приведены данные о содержании уг* лерода-13 (по отношению к стандарту PDB) в различных веществах. Значение 613С самых легких нафтидов по этой шкале со* ставляет —32 %о. Когда метаногенные бактерии образуют метан путем восстановления С02, они поглощают преимущественно 12С02. В некоторых случаях, в зависимости от изотопного состава исходного углерода, бактерии могут образовывать очень легкий метан (613С =—88 %о). Обычно значения 613С биогенного метана варьируют от —55 до. —75 %о. Как показали Сэкетт и др. [514], метан, образующийся в результате термического крекинга, характеризуется значениями б13С от —5 до —30 %о в зависимости от изотопного состава углерода исходного вещества. Это значит, что из керогена с 613С = —24 %о при термическом крекинге должен образовываться метан со значениями 613С от —29 до —54 %о. Большие отрицательные значения были получены при низких температурах крекинга, соответствующих меньшим глубинам. Опыты Франка и др. [207] показали, что большая часть метана образуется при температурах выше 130°С. Это согласуется с результатами наблюдений в природных условиях, которые были рассмотрены в этой главе.

Сэкетт [511] установил, что при каталитическом крекинге углеводородов с участием ионов карбония почти не наблюдается фракционирования изотопов углерода. Он предположил, что этим объясняется образование аномально тяжелого метана, иногда встречающегося в природе.

На рис. 5-1Г приведены данные об изотопном составе углерода метана из залежей природного газа разного возраста. Как и следовало ожидать, преимущественно биогенные четвертичные и плиоценовые газы имеют низкое содержание 13С. С увеличением возраста отложений наблюдается неравномерное повышение содержания 13С. Эта тенденция четко выражена до мела, после чего наблюдается значительное перекрытие диапазонов значений 613С для пород разного возраста. В кайнозойских отложениях должно происходить постепенное повышение содержания 13С с увеличением возраста пород, так как в самых молодых слоях температуры крекинга наиболее низки и, следовательно.

содержание 12С самое высокое. Увеличение содержания 13С может быть также связано с разбавлением биогенного метана метаном термического происхождения. Данные по четвертичным отложениям в основном относятся к природным газам Японии [439], а по плиоценовым отложениям — к природным газам Италии [118]. Отсутствие четкой закономерности в изменении изотопного состава углерода газов в более древних отложениях может объясняться недостаточным количеством исследованных образцов и эффектами изотопного обмена. Природные газы северной части ФРГ, связанные с углями верхнего карбона, имеют несколько более высокое содержание 13С, чем метан, образующийся из керогена в нефтегазоносных областях. По данным Шталя [578] для угольных газов, самое высокое содержание 13С имеют газы, связанные с антрацитами, самое низкое — газы, связанные с каменными углями, дающими высокий выход летучих веществ.

Разница в изотопном составе углерода биогенного и абиогенного метана должна сохраняться в течение миллионов лет при условии, что эти газы не смешиваются и отсутствует обмен изотопов углерода между метаном и другими углеродными соединениями, например С02. На рис. 5-11 приведены два примера сохранения залежей биогенного метана на значительной глубине от поверхности осадков. Аккуловско-Базайское месторождение

газа в Северном Приаралье приурочено к песчано-глинистым отложениям позднеэоценового возраста и находится на глубине 320—350 м [27]. В результате анализа изотопного состава углерода газов из десяти скважин получены значения б13С от —64 до —72 %о, явно попадающие в диапазон значений 613С для метана биогенного происхождения. Изучение геологии района показало, что метан, вероятно, образовался после отложения ниж-неолигоценовых глин чаганской свиты, являющихся покрышками для газовой залежи. Следовательно, биохимическое образование метана возможно на глубинах 300—350 м. Теоретически образование метана будет продолжаться до тех пор, пока бактерии сохраняют жизнеспособность и органическое вещество) содержит кислородные соединения и питательные вещества. Запасы этой залежи оцениваются в десятки миллиардов кубических метров газа.    .

Примером залежей биогенного метана в меловых отложениях являются месторождения природного газа на севере Западно-Сибирской низменности, исследованные Ермаковым и др. [673]. Значения 613С для газов (представленных в основном метаном) из девяти месторождений в отложениях от аптского до сеноман-скоРо возраста колеблются от —58 до —68 %о. Во время накопления осадков этой толщи рассматриваемая территория представляла собой равнину с торфяными и низинными болотами и заболоченными озерами на водоразделах, где аккумулировалось большое количество континентального растительного вещества. Содержание органического углерода в этих меловых породах достаточно высокое (3—6 %) по сравнению с большинством других нефтегазоносных бассейнов. Значения 613С для газов из более глубоко залегающих юрских горизонтов тех же месторождений составляют от —39 до —46 %о, чт„о типично для абиогенного-метана. Газы из меловых толщ Скифской и Туранской плит имеют значения 613С от —30 до —46 %о. Все эти данные являются надежным доказательством биогенного происхождения газов в меловых отложениях севера Западной Сибири в отличие от абиогенного метана в других залежах этого района. По данным Райса [494], в США биогенный метан в меловых отложениях встречается до глубины 1400 м. Значения 613С этого метана от —63 до —72 %о. Райс полагает, что еще будут обнаружены большие запасы биогенного газа.

Содержание