Образование углеводородов в промышленных количествах происходит в определенных температурных (глубина) и временных границах. Взаимосвязь между временем и температурой определяется понятием энергии активации Е_а. Связь между температурой и скоростью реакции (в данном случае, реакции преобразования органического вещества в углеводороды) выражается уравнением Аррениуса:

где R – константа скорости реакции, связанная с изменением концентрации исходного вещества во времени, А – частотный фактор, Е_а – энергия активации, R – универсальная газовая постоянная, Т – температура в градусах Кельвина.

 Частотный фактор – это константа, характеризующая частоту соударения молекул в таком состоянии, когда возможна реакция. Энергия активации – это количество энергии, которое должна поглотить молекула или комплекс молекул для разрыва связей и образования новых продуктов (Хант, 1982).

 Согласно уравнению Аррениуса температура может компенсироваться временем в зависимости от величины энергии активации. На основе уравнения Аррениуса Дж. Коннан (1974) построил график температурно-временной зависимости для определения порогов интенсивного образования углеводородов в осадочных бассейнах (рис. 22). Этот график можно использовать при оценке перспектив газоносности того или иного осадочного бассейна. В бассейнах, где геотермические градиенты низкие, а скорости осадконакопления высокие (нижний левый угол рис. 22), осадочные отложения незрелые и неперспективные для поисков нефти и газа. Бассейны, в которых геотермические градиенты высокие, а скорости аккумуляции осадков низкие (верхний правый угол рис. 22), также малоперспективны. Области перспективные на нефть и газ, находятся в определенных температурно-временных границах. Для пользования этим графиком нужно знать максимальные температуры, воздействию которых подвергались осадочные толщи, и время выдержки пород при этих температурах. Максимальную температуру, которая воздействовала на осадки, можно определить путем измерения отражательной способности витринита. Время воздействия повышенных температур можно восстановить из анализа данных о геологических событиях в данном регионе, однако, это только косвенные данные. Единственный прямой метод, позволяющий судить о продолжительности пребывания осадочной толщи в определенных температурных условиях, - это трековый анализ возрастов детритовых минералов из терригенных разрезов. Для оценки перспектив газоносности термическая история бассейн важнее, чем современные температуры пород.

Температурно-временная диаграмма Коннана (рис. 22) является достаточно упрощенной, так как она была построена для непрерывно погружающихся бассейнов. При построении этой модели не учитывались многие факторы, влияющие на термическую историю бассейна, такие как аплифт (воздымание), эрозия, вулканизм, региональный орогенез, перерывы в осадконакоплении. Диаграмма Коннана (рис. 22) не применима к бассейнам, где происходило периодическое чередование погружений и воздыманий. Если прогибание бассейна и погружение осадков не являлось непрерывным, то может пройти длительное геологическое время, в течение которого богатые органическим веществом породы не будут способны генерировать углеводороды. Таким образом, способность соответствующего типа пород генерировать углеводороды может быть определено путем реконструкции термальной истории материнских отложений.

Рис. 22. Связь между температурой и временем процесса образования нефти и газа (по Connan, 1974 с изменениями), линии отражательной способности витринита (Хант, 1982).

 

Наибольшее количество компонентов природного газа образуется на стадии катагенеза. Исследование образования природного газа при катагенезе углистого вещества показывает, что азот начинает выделяться к концу стадии каменных углей с высоким выходом летучих. На рис. 21 показаны количества азота, углекислого газа и метана, образующегося во время углефикации. Соотношение объемов метана, углекислого газа и азота, выделяющегося на стадии углефикации от торфа до полуантрацита, составляет приблизительно 10 : 4 : 1. Так как интенсивность выделения метана при углефикации возрастает при увеличении температуры, то относительно хорошим показателем метаноносности будет степень метаморфизма углей. Одним из наиболее широко применяемых показателей степени метаморфизма углей является отражательная способность витринита (Хант, 1982).

Отражательная способность витринита позволяет оценить максимальную палеотемпературу, воздействию которой подвергались угли. Отражательная способность витринита связана пропорциональной зависимостью с многими другими параметрами преобразования органического вещества на постседиментационных стадиях. На рис. 22 представлена модифицированная диаграмма Коннана, на которой показаны время и температура начала и конца генерации нефти и газа и нанесены линии отражательной способности витринита. Эти линии позволяют более точно определять зоны, к которым приурочены максимумы генерации газа.

далее> наверх^