Геофизические процессы и биосфера: статья

О ГЛУБИНЕ ДИАГЕНЕТИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ И НИЖНЕЙ ГРАНИЦЫ БИОСФЕРЫ В ЮЖНО-КАСПИЙСКОМ БАССЕЙНЕ
А.А.о. ФЕЙЗУЛЛАЕВ
Институт геологии и геофизики НАН Азербайджана
Журнал: Геофизические процессы и биосфера
Том: 19
Номер: 2
Год: 2020
Страницы: 57-73
УДК: 550.8.053(479.24)
DOI: 10.21455/gpb2020.2-4
Информация об авторах
Аннотация
Библиографический список
Ключевые слова: Южно-Каспийский бассейн, высокая скорость осадконакопления, диагенез, биосфера, механические процессы, физико-химические и микробиологические процессы, температура, глубина
Аннотация: В статье на основании комплекса более 400 промысловых данных (литологический состав и коллекторские свойства пород, температура, давление) по 41 месторождению углеводородов на суше и на море, а также около 400 изотопно-геохимических исследований газов, нефтей и 200 гидрохимических анализов пластовых вод дана оценка глубины простирания диагенетической зоны и нижней границы биосферы в Южно-Каспийском бассейне (ЮКБ). Установлено, что в условиях лавинной скорости осадконакопления в плиоцен-четвертичный период и пониженных температур (температурный градиент 15-21 °С/км) в ЮКБ сформировалась протяженная диагенетическая зона. Это находит свое подтверждение в характере изменения с глубиной физико-механических параметров породно-флюидной системы ЮКБ (водо- и газонасыщенности, пористости и проницаемости осадков, температуры и давления). С точки зрения процессов нефтегазообразования, граница между стадиями диагенеза и катагенеза в ЮКБ проходит на глубине около 4.5 км, которой соответствует значение отражательной способности витринита 0.5 % и пластовая температура около 80 °С. По изотопно-геохимическим показателям, микробиологической деятельности и биохимическим процессам нижняя граница биосферы очерчивается глубиной около 2-2.5 км и температурой около 45-50 °С.
Список литературы: Абиотические факторы: Электронный учебник по биологии. 2017. https://bioslogos.ru/48-abioticheskie-faktory.html

Буряковский Л.А., Джафаров И.С., Джеваншир Р.Д. Прогнозирование физических свойств коллекторов и покрышек нефти и газа. М.: Недра, 1982. 200 с.

Буряковский Л.А., Джеваншир Р.Д., Алияров Р.Ю. Геофизические методы изучения геофлюидальных давлений. Баку: Элм, 1986. 147 с.

Валяев Б.М., Гринченко Ю.И., Ерохин В.С., Прохоров В.С., Титков Г.А. Изотопный облик газов грязевых вулканов // Литология и полезные ископаемые. 1985. № 1. С. 72-87.

Вернадский В.И. Биосфера и ноосфера. М.: Наука, 2004. 261 с.

Галимов Э.М. Геохимия стабильных изотопов углерода. М.: Недра, 1968. 268 с.

Границы биосферы. Экология: Справ. 2018. https://ru-ecology.info/term/25108/

Еремченко О.З. Учение о биосфере: Учеб. пособие. Изд. 3-е. М.: Юрайт, 2019. 236 с.

Керимов К.М., Рахманов Р.Р., Хеиров М.Б. Нефтегазоносность Южно-Каспийской впадины. Баку: Адыль-оглы, 2001. 441 с.

Логвиненко Η.В., Орлова Л.В. Образование и изменение осадочных пород на континенте и в океане. Л.: Недра, 1987. 237 с.

Немченко Н.Н., Ровенская А.С., Шоелл М. Происхождение природных газов гигантских газовых залежей севера Западной Сибири // Геология нефти и газа. 1999. № 1-2. С. 45-56.

Смирнова Т.С. Гидрогеологические и геохимические особенности размещения углеводородов в пределах вала Карпинского: Дис. … канд. геол.-мин. наук. Саратов, 2009. 156 с.

Справочник по литологии / Под ред. Н.Б. Вассоевича, В.Л. Либровича, Н.В. Логвиненко, В.И. Марченко. M.: Недра, 1983. 509 с.

Страхов Н.М. Основы теории литогенеза. 2-е изд. М.: Изд-во АН СССР, 1962. 267 с.

Температура как экологический фактор // Биология: Для абитуриентов и учителей. 2016. https://jbio.ru/temperatura-kak-ekologicheskij-faktor

Фейзуллаев А.А., Мовсумова У.А. Природа изотопно-тяжелого углерода углекислого газа и бикарбонатов вод грязевых вулканов Азербайджана // Геохимия. 2010. № 5. C. 1-6.

Фейзуллаев А.А., Тагиев М.Ф. Формирование залежей нефти и газа в продуктивной толще Южно-Каспийского бассейна: Новые подходы и результаты // Азерб. нефтяное хозяйство. 2008. № 3. С. 7-18.

Фролов В.Т. Литология: Учеб. пособие. M.: Изд-во МГУ, 1992. Кн. 1. 336 с.

Хайн Н.Дж. Геология, разведка, бурение и добыча нефти. М.: Олимп-Бизнес, 2008. 726 с.

Халилов Н.Ю., Иманов А.А. Влияние аномально-высоких пластовых давлений на показатели бурения // Нефтяное хозяйство. 1979. № 10. С. 9-13.

Халилов Н.Ю., Иманов А.А. Прогнозирование АВПД в процессе разведочного бурения // Геология нефти и газа. 1980. № 5. C. 41-45.

Хант Дж. Геохимия и геология нефти. М.: Мир, 1982. 500 с.

Хеиров М.Б. Влияние глубин залегания осадочных пород на трансформацию глинистых минералов // Изв. АН АзербССР. Сер. Науки о Земле. 1979. № 8. С. 144-151.

Холодов В.Н. О природе грязевых вулканов // Природа. 2001. № 11. С. 47-58.

Энгельгардт В. Поровое пространство осадочных пород. М.: Недра, 1964. 231 с.

Юсуфзаде Х.Б., Касумов К.А., Александров Б.Л., Дергунов Э.Н. Изучение и прогнозирование АВПД по данным промысловой геофизики // Азерб. нефтяное хозяйство. 1976. № 5. C. 1-8.

Ahern R. What is diagenesis, catagenesis and metagenesis? 2016. https://www.quora.com/What-is-diagenesis-catagenesis-and-metagenesis

Artyushkov E.V. Formation of the South Caspian Basin as a result of phase transitions in the lower continental crust // Dokl. Earth Sci. 2007. V. 417 (8). P. 1141-1146.

Axen G.J., Lam P.S., Grove M., Stockli D.F. Exhumation of the West-Central Alborz mountains, Iran, Caspian subsidence, and collision-related tectonics // Geology. 2001. V. 29. P. 559-562.

Bernard B.B., Brooks J.M., Sackett W.M. Natural gas seepage in the Gulf of Mexico // Earth Planet Sci. Let. 1976. V. 31. P. 48-54.

Berner R.A. Early diagenesis: A theoretical approach New Jersey. Princeton: Princeton Univ. Press, 1980. 241 p. (Princeton series in geochemistry).

Bordenave M.L. Applied petroleum geochemistry. Paris: Editions Technip, 1993. 524 p.

Bruce C.H. Smectite dehydration its relationship to structural development and hydrocarbon accumulation in the Northern Gulf of Mexico basin // AAPG Bull. 1984. V. 68. P. 673-683.

Brunet M.F.O., Korotaev M.V., Ershov A.V., Nikishin A. The South Caspian Basin: A review of its evolution from subsidence modeling // Sediment Geol. 2003. V. 156. P. 119-148.

Burley S.D., Kantorowicz J.D., Waugh B. Clastic diagenesis // Geol. Soc. London. Spec. Publ. 1985. V. 18 (1). P. 189-226. https://doi.org/10.1144/GSL.SP.1985.018.01.10

Busch W.H. Patterns of sediment compaction at ocean drilling program sites 645, 646, and 647, Baffin Bay and Labrador Sea // Proc. ODP, Sci. results, 105: College Station, TX (Ocean Drilling Program) / Srivastava S.P., Arthur M., Clement B. et al. 1989. P. 781-790.

Clay minerals in nature: Their characterization, modification and application / Ed. by M. Valaskova, G.S. Martynkova. London: InTech, 2012. 312 p.

Claypool R.E., Kvenvolden K.A. Methane and other hydrocarbon gases in marine sediment // Ann. Rev. Earth Planet. Sci. 1983. V. 11. P. 299-327.

Connan J. Biodegradation of crude oils in reservoirs // Advances in petroleum geochemistry / Ed. D.H. Welte. London: Acad. Press, 1984. P. 299-330.

Curtis C.D. Possible links between sandstone diagenesis and depth-related geochemical reactions in enc1osingmudstones // J. Geol. Soc. London. 1978. V. 135. P. 107-118.

Degens E.T. Diagenesis of organic matter. Ch. 7 // Developments in Sedimentology. 1967. V. 8. P. 343-390. https://doi.org/10.1016/S0070-4571(08)70846-X

Diagenesis / Eds I.A. Mcllreath, D.W. Morrow. Geol. Assoc. of Canada, 1990. 342 p. (IV Ser. Т. 19).

Dickinson G. Geological aspects of abnormal reservoir pressures in Gulf Coast Louisiana // AAPG Bull. 1953. V. 37. P. 410-432.

Dódony I., Lovas Gy A. Crystalchemistry of clay-minerals around the border of an overpressure zone in one of the deep sub-basins of the southern part of the great Hungarian plain // Acta Mineralogica-Petrographica Abstr. Ser. 1. 2003. Р. 26.

Feyzullayev A.A., Lerche I. Occurrence and nature of overpressure in the sedimentary section of the South Caspian Basin, Azerbaijan // Energy Exploration & Exploitation. 2009. V. 27(5). P. 345-366.

Fergusson L.J. The mineralogy, geochemistry and origin of lower Tertiary smectite-mudstones, East Coast Deformed Belt, New Zealand: PhD thesis. Christchurch, NZ: Univ. of Canterbury, 1985.

Fertl W.H. Abnormal formation pressures // Developments in petroleum science. Amsterdam: Elsevier, 1976. V. 2.

Flemings P.B., Huffman A., Thomson J.A., Maler M.O., Swarbrick R.E. Overpressure and fluid flow processes in the deepwater // Gulf of Mexico: Slope stability, seeps, and shallow water flow. 2002. P. 1-25. http://hydro.geosc.psu.edu/Odp/12_14 web.pdf

Foscolos A.E., Powell T.G., Gunter P.R. The use of clay minerals, inorganic and organic geochemical indicators for evaluating the degree of diagenesis and oil generating potential of shales // Geochimica et Cosmochimics Acta. 1976. V. 40. P. 953-960.

Govier B. Diagenesis is the conversion of unconsolidated sediments into rock: The transition from diagenesis to metamorphism is somewhat. Presentation. 2014. https://slideplayer.com/slide/4142476/

Guliyev I.S., Levin L.E., Fedorov D.L. Hydrocarbons potential of the Caspian region: System analysis. Baku: Nafta-Press, 2003. 120 p.

Gümbel C.W. Gründzüge Geologie. Kassel, 1988. 1063 p.

Hall L., Palu T., Murray A.P., Edwards D., Hill A., Troup A. Cooper basin petroleum systems analysis: Regional hydrocarbon prospectivity of the Cooper Basin. Pt. 3 // Geosci. Australia. Rec. 2016/29. 2016. https://doi.org/10.11636/Record.2016.029

Head I.M., Jones D.M., Larter S.R. Biological activity in the deep subsurface and the origin of heavy oil // Nature. 2003. V. 426. P. 344-353.

Head I.M., Larter S.R., Gray N.D. et al. Hydrocarbon degradation in petroleum reservoirs // Handbook of hydrocarbon and lipid microbiology / Ed. K.N. Timmis. Berlin; Heidelberg: Springer, 2010. https://doi.org/10.1007/978-3-540-77587-4_232

Heberling C., Lowell R.P., Liu L., Fisk M. Extent of the microbial biosphere in theoceanic crust // Geochemistry, Geophysics, Geosystems. 2010. V. 11 (8). Q08003. http://dx.doi.org/10.1029/2009GC002968

Hiatt E.E., Kyser K. Links between depositional and diagenetic processes in basin analysis:porosity and permeability evolution in sedimentary rocks // Fluids and basin evolution. Сh. 4. Ontario, Canada: Depart. of Geol. Sci. and Geol. Eng. Queen’s Univ. Kingston, 2000. P. 63-92.

Hoffman J., Hower J. Clay mineral assemblages as low grade metamorphic geotermometers: Application to the trust faulted disturbed belt of Montana // Aspects of diagenesis / Eds P.A. Scholle, P.S. Schluger. Tulsa, OK, SEPM, 1979. P. 55-79. (Spec. Publ. N 26).

Holler T., Wegener G., Niemann H., Deusner C., Ferdelman T.G., Boetius A., Brunner B., Widdel F. Carbon and sulfur back flux during anaerobic microbial oxidation of methane and coupled sulfate reduction // Proc. Nat. Acad. of Sci. of the USA. 2011. 108:E1484-E1490. https://doi.org/10.1073/ pnas.1106032108

Horsfield B., Rullkotter J. Diagenesis, catagenesis, and metagenesis of organic matter // The petroleum system: From source to trap. Ch. 10: Pt. III. Processes // AAPG Spec. vol. / Eds. L.B. Magoon, W.G. Dow. 1994. P. 189-199. https://doi.org/10.1306/M60585C10

Houseknecht D.W. Assessing the relative importance of compaction processes and cementation to reduction of poro-sity // AAPG Bull. 1987. V. 71. P. 633-642.

Inagaki F., Hinrichs K.U., Kubo Y. et al. Exploring deep microbial life in coal-bearing sedimentdown to ~2.5 km below the ocean floor // Science. 2015. V. 349. P. 420-424. https://doi.org/10.1126/science.aaa6882

Jackson J., Priestley K., Allen M., Berberian M. Active tectonics of the South Caspian Basin // Geophys. J. Inter. 2002. V. 148. P. 214-245.

Jeffrey A.W.A., Alimi H.M., Jenden P.D. Geochemistry of the Los Angeles Basin oil and gas systems // Active margin basins / Ed. by K.T. Biddle. Amer. Assoc. of Petrol. Geol. Memoir, 1991. V. 52. P. 197-219.

Jiménez N., Richnow H.H., Vogt C., Treude T., Krüger M. Methanogenic hydrocarbon degradation: Evidence from field and laboratory studies // Mol. Microbiol. Biotech. 2016. V. 26. P. 227-242. https://doi.org/10.1159/000441679

Kallmeyer J., Pockalny R., Adhikari R.R., Smith D.C, D’Hondt S. Global distribution of microbial abundance and biomass in subseafloor sediment // Proc. of the Nat. Acad. of Sci. USA. 2012. V. 109 (40). P. 16213-16216. http://dx.doi.org/10.1073/pnas.1203849109

Katz B.J. Microbial processes and natural gas accumulations // The Open Geol. J. 2011. V. 5. P. 75-83.

Kellermann M.Y., Wegener G., Elvert M., Yoshinaga M.Y., Lin Y.-S., Holler T., Mollar X.P., Knittel K., Hinrichs K.-U. Autotrophy as a predominant mode of carbon fixation in anaerobicmethane-oxidizing microbial communities // Proc. of the Nat. Acad. of Sci. USA. 2012. V. 109 (19). P. 321-326. https://doi.org/10.1073/pnas.1208795109

Laso-Perez R., Wegener G., Knittel K., Widdel F., Harding K.J., Krukenberg V., Meier D.V., Richter M., Tegetmeyer H.E., Riedel D. et al. Thermophilic archaea activate butane viaalkylcoenzyme formation // Nature. 2016. V. 539. P. 396-401. https://doi.org/10.1038/nature20152

Leach W.G. Gulf coast tertiary-2 fluid migration, HC concentration in South Louisiana tertiary sands // Oil and Gas J. 1993. V. 91 (11). P. 71-74.

Le Pichon X., Henry P., Lallemant S. Water flow in the Barbados accretionary complex // Geophys. Res. 1990. V. 95. P. 8945-8967.

Madon M.B. Depositional and diagenetic histories of reservoir sandstones in the Jerneh field, Central Malay Basin // Geol. Soc. Malaysia Bull. 1994. V. 36. P. 31-53.

Magara K. Reevaluation of montmorillonite dehydration as cause for abnormal pressure and hydrocarbon migration // AAPG Bull. 1975. V.59. P. 292-302.

McKay L., Klokman V.W., Mendlovitz H.P., LaRowe D.E., Hoer D.R., Albert D., Amend J.P., Teske A. Thermal and geochemical influences on microbial biogeography in the hydrothermal sediments of Guaymas Basin, Gulf of California // Envir. Microbiol. Rep. 2016. V. 8. P. 150-161. https://doi.org/10.1111/1758-2229.12365

Mamedov P.Z. Genesis and seismic stratigraphic model of the South Caspian megabasinarchitecture // The South-Caspian basin: Geology, geophysics, oil and gas content / Ed. by. A. Ali-Zadeh. Baku: Nafta-Press, 2004. P. 150-164.

Marsden S.S., Kawai K. «Suiyosel-Ten’nengasu», a special type of Japanese natural gas deposit. Pt. 1 // AAPG Bull. 1965. V. 49 (3). P. 286-295.

Mattavelli L., Novelli L. Geochemistry and habitat of the oils in Italy // Advances in organic geochemistry: Proc. of the 13th Iter. meeting on organic geochemistry, Venice, Italy, 21-25 September 1987 / Eds L. Mattavelli, L. Novelli. 1988. V. 13. P. 1-13. https://doi.org/10.1016/0146-6380(88)90021-6

Miles J.A. Illustrated glossary of petroleum geochemistry. Oxford: Clarendon Press, 1989. 137 p.

Milkov A.V. Methanogenic biodegradation of petroleum in the West Siberian Basin (Russia): Significance for formation of giant Cenomanian gas pools // AAPG Bull. 2010. V. 94. P. 1485-541.

Mondol N.H., Fawad M., Jahren J., Bjørlykke K. Synthetic mudstone compaction trends and their use in pore pressure prediction // First Break. 2008. V. 26. P. 43-51.

Nzoussi-Mbassani P., Copard Y., Disnar J.-R. Vitrinite recycling: Diagnostic criteria and reflectance changes during weathering and reburial // Inter. J. Coal Geol. 2005. V. 61. P. 223-239.

Osipov V.I., Sokolov V.N., Eremeev V.V. Clay seals of oil and gas deposits. Tokio: A.A. Balkema Publ., 2004. 291 p.

Pallasser R.J. Recognising biodegradation in gas/oil accumulations through the δ13C compositions of gas components // Organic Geochem. 2000. V. 31. P. 1363-1373.

Parkes R.J., Cragg B.A., Wellsbury P. Recent studies on bacterial populations and processes in subseafloor sediments: A review // Hydrogeol. 2000. V. 8 (1). P. 11-28.

Philip H., Cisternas A., Gvishiani A., Gorshkov A. The Caucasus: An actual example of the initial stages of continental collision // Tectonophysics. 1989. V. 161. P. 1-21.

Rice D.D. Biogenic gas: Controls, habitats, and resource potential // The future of energy gases / Eds D.G. Howell, K. Wiese, M. Fanelli, L.L. Zink, F. Cole. USGS Prof. Pa 1570, 1993. P. 583-606.

Rice D.D., Claypool G.E. Generation, accumulation, and resource potential of biogenic gas // AAPG Bull. 1981. V. 65. P. 5-25.

Rueter P., Rabus R., Wilkes H., Aeckersberg F., Rainey F.A., Jannasch H.W., Widdel F. Anaerobic oxidation of hydrocarbons in crude oil by new types of sulphate-reducing bacteria // Nature. 1994. V. 372. P. 455-458. https://doi.org/10.1038/372455a0

Schoell M. The hydrogen and carbon isotopic composition of methane from natural gases of various origins // Geochimica et Cosmochimica Acta. 1980. V. 44. P. 649-661.

Serra O. Fundamentals of well-log interpretation. Ch. 7. Information on diagenesis: Transformation of rocks and sediments // Developments in Petroleum Science. 1986. 15 (Pt. B). P. 341-366. https://doi.org/10.1016/S0376-7361(08)70584-3

Shu Jiang. Clay minerals from the perspective of oil and gas exploration // Clay minerals in nature: Their characterization, modification and application / Eds M. Valaskova, G.S. Martynková. 2013. P. 21-38. (Open access peer-reviewed. Ch. 2). https://doi.org/10.5772/47790

Smith J.E. The dynamics of shale compaction and evolution of pore-fluid pressures // Math. Geol. 1971. V. 33. P. 239-263.

Stopes M.C. On the petrology of banded bituminous coal // Fuel. 1935. V. 14. P. 4-13.

Terzaghi K. Theoretical soil mechanics. London: Chapman and Hall, 1943. 510 p.

Tingay M.R., Hillis P.R. In-situ stress and fluid pressures of Brunei Darussalam // AAPG Bull. 2000. V. 84. Abstr.

Tissot B.P., Welte D.H. Diagenesis, catagenesis and metagenesis of organic matter // Petroleum formation and occurrence. Berlin; Heidelberg: Springer, 1978. Ch. I. P. 69-73.

Tissot B.P., Welte D.H. Petroleum formation and occurrence. N.Y.: Springer,1984. 699 p.

Waples D.W. Time and temperature in petroleum generation-application of Lopatin’s technique to petroleum exploration // AAPG Bull. 1980. V. 64. P. 916-926.

Ward C. Evidence of sediment unloading caused by fluid expansion overpressure-generating mechanisms // Workshop on rock stresses in the North Sea. Norwegian Technical Institute, Trondheim, February 1995. Trondheim, 1995. V. 13-14. 7 p.

Wasserburg G.J., Mazor E., Zartman R.E. Isotopic and chemical composition of some terrestrial natural gases // Earth science and meteorites / Eds J. Geiss, E.D. Goldberg. Amsterdam: Elsevier, 1963. P. 219-240.

Whiticar M.J. Carbon and hydrogen isotope systematic of bacterial formation and oxidation of methane // Chem. Geol. 1999. V. 161. P. 291-314.

Whitman W.B., Coleman D.C., Wiebe W.J. Prokaryotes: The unseen majority // Proc. of the Nat. Acad. of Sci. USA. 1998. V. 95 (12). P. 6578-6583. http://dx.doi.org/10.1073/pnas.95.12.6578

Wilhelms A., Larter S.R., Head I., Farrimond P., di Primio C., Zwach C. Biodegradation of oil in uplifted basins // Nature. 2001. V. 41 (6841). P. 1034-1037.

Worden R.H., Burley S.D. Sandstone diagenesis: The evolution of sand to stone // Sandstone diagenesis: Recent and ancient. Ch. 1. 2009. P. 1-44. (Inter. Assoc. of Sediment. Reprint Ser.). https://doi.org/10.1002/9781444304459.ch

Wygrala B.P. Integrated study of an oil field in the Southern Po Basin, Northern Italy: PhD. Thesis. Cologne, Germany: Univ. of Cologne, 1989. 217 p.

Zartman R.E., Wasserburg G.J., Reynolds J.H. Helium, argon and carbon in some natural gases // J. Geophys. Res. 1961. V. 66. P. 277-286.

Zonenshain L.P., Kuzmin M.I., Natapov L.M. Geology of the USSR: A plate tectonic synthesis // Geology of the USSR: A plate tectonic synthesis / Ed. B.M. Page. Washington, DC: Amer. Geophys. Union, 1990. V. 21. P. 169-198. (Geodynamic Ser.).