Соотношения предельных углеводородов в газах щелочных массивов

Нивин В.А.

ГИ КНЦ РАН, Апатиты

В ряде щелочных комплексов мира присутствуют углеводородные газы (УВГ), в концентрациях, намного превышающих обычные для изверженных пород. Не смотря на более чем полувековую историю исследований, природа, в частности, условия, конкретный механизм и относительное время формирования этих газов все еще являются предметом дискуссий. Из всех предложенных в разное время гипотез происхождения УВГ в щелочных массивах наиболее обоснованным представляется образование их преимущественно на постмагматическом этапе эволюции флюидно-минеральной системы в результате абиогенного синтеза, предположительно по реакциям типа Фишера-Тропша (РФТ) из исходных СО₂ и Н₂. HHHHgkyiykyОдним из важных показателей условий формирования углеводородов по РФТ является молекулярно-массовое распределение (ММР) индивидуальных компонентов в получающемся продукте. В настоящем сообщении рассматриваются соотношения предельных УВ в газах Ловозерского и Хибинского нефелин-сиенитовых комплексов и сопоставляются с таковыми в аналогичных и иных геологических обстановках.

В лабораторных и промышленных условиях на выход продуктов РФТ влияют многие факторы. Так, присутствие катализатора, повышение температуры и доли Н₂ в исходном флюиде приводят к уменьшению содержания тяжелых компонентов в смеси углеводородов. Ранее, при изучении газонасыщенности хибинских и ловозерских минералов была показана важная индикаторная роль отношения СН₄/С₂Н₆, уменьшение которого отражает снижение границы температурного интервала газообразования и захвата флюидных включений (Нивин, 2002). Характер изменения этого же отношения в породах Ловозерского массива может свидетельствовать, что в низах первой и верхней зоне второй серий дифференцированного комплекса, особенно в рудных залежах, по сравнению с более глубокой частью массива и, в меньшей степени, с эвдиалитовым комплексом, генерация окклюдированных УВГ происходила при более низких температурах, соответствующих гидротермальной стадии формирования пород. Такое предположение согласуется с последними минералогическими данными, указывающими на связь рудообразования в верхних сериях расслоенного комплекса с поздними низкотемпературными процессами, и особенностями изотопного состава гелия и аргона, свидетельствующими о заметном вкладе метеорных вод в баланс флюидных компонентов в этой части разреза.

Считается, что стационарных условиях РФТ соотношение получающихся предельных углеводородов должно соответствовать классическому ММР Андерсона-Шульца-Флори, когда график в координатах С₁_,┘С_n √ логарифм содержаний этих компонентов представляет собой прямую линию. При прочих равных параметрах угол наклона этой прямой увеличивается с ростом температуры. Именно такое соответствие наблюдается в распределении алканов в газовой фазе Хибинского и Ловозерского массивов. Наиболее пологими оказались линии ММР газов, окклюдированных в альбититах карбонатитового комплекса Хибин и в лопаритовых уртитах и малиньитах горизонтов I-4 и II-4 расслоенного комплекса Ловозерского интрузива. Следовательно, здесь можно предполагать наименьшие температуры газообразования. И напротив, максимальными углами наклона линий распределения УВ отличаются ловозерские ювиты (самого глубокого из доступных горизонтов) и хибинские фойяиты. Все остальные группы пород обоих массивов, как и породы массива Илимауссак, занимают промежуточное положение. ММР углеводородов низкотемпературных хибинских и ловозерских газов близки к таковым из щелочно-гранитных пегматитов и газовых месторождений. Судя по характеру распределения алканов в парагенных минералах ловозерского фойяита, температура генерации углеводородов снижается от клинопироксена к щелочному полевому шпату и, далее, к содалиту, нефелину и цеолитам. В такой последовательности предполагалось уменьшение нижнего порога температуры изменения первично магматических и образования более поздних минералов, а также захвата УВГ флюидными включениями (Нивин, 2002). Особенности соотношений углеводородов свидетельствуют о близких температурах образования их свободной и окклюдированной форм в породах Хибин и более высокотемпературном генезисе спонтанно выделяющихся газов относительно окклюдированных в породах одних и тех же горизонтов в Ловозерском массиве. Во втором случае можно предполагать миграцию свободных газов из глубоких частей массива к местам их разгрузки по сравнительно более проницаемым зонам контакта разных типов пород. Некоторые отклонения полученных распределений УВ от классического указывают на нестабильность условий и/или продолжительность газообразования. Для нефелин-сиенитовых комплексов самым характерным из таких отклонений является относительно повышенное содержание бутанов, обусловленное, по-видимому, спецификой катализатора РФТ, каковым в данном случае могут быть цеолиты.

Таким образом, характер молекулярно-массового распределения насыщенных углеводородов в породах щелочных массивов может отражать условия не только формирования газов разных форм нахождения, но и минералообразования. В целом, ММР газов метанового ряда указывает на достаточно длительное и не одноактное их образование в щелочных магматических системах при изменяющихся физико-химических параметрах среды. По-видимому, это были поликонденсационные гетерогенно-каталитические процессы одновременного формирования летучих и нелетучих углеводородов из простейших углеродистых соединений и водорода, включающие реакции полимеризации, дегидрогенизации, деметанирования и окисления (Руденко, Кулакова, 1986).

Работа выполнялась при финансовой поддержке ОНЗ РАН (проект 1.2.1).

Литература

Нивин В.А. Газонасыщенность минералов в связи с проблемой происхождения углеводородных газов в породах Хибинского и Ловозерского щелочных массивов // Геохимия. 2002. ╧ 9. С. 976-992.

Руденко А.П., Кулакова И.И. Физико-химическая модель абиогенного синтеза углеводородов в природных условиях // Журнал Всесоюз. химич. о-ва им. Д.И. Менделеева. 1986. Т. XXXI. ╧ 5. С. 518-526.

зеркало на сайте "Все о геологии"