Как появилась нефть в недрах земли. Нефть – живая и мертвая: Откуда взялось черное золото. Как образуется природный газ

Нефть – топливная основа современной цивилизации. Продукты, образующиеся путём переработки, используются для отопления, приведения в движение транспортных средств, покрытия дорог, производства полимеров, и для множества других процессов, каждый из которых является неотъемлемой частью жизненного уклада человечества.

Проблема исчерпаемости запасов нефти привела к многочисленным научным дискуссиям о её происхождении и веществах, участвующих в её образовании. Необходимость объяснения процесса генеза нефти расколола научное сообщество на два непримиримых лагеря:

• сторонников биогенной теории;
• приверженцев абиогенного пути образования.

Более оптимистичной для человечества считается абиогенная теория. Её сторонники утверждают, что самый распространённый углеводород на нашей планете образуется путём геологического синтеза двух его неорганических компонентов: водорода и углерода. Их соединение инициируется большим давлением в подземных толщах, и проистекает в сроки, измеряемые десятками тысяч лет.

Но даже если этот сценарий когда-либо будет доказан, он не делает судьбу человеческой расы более простой: момент изобретения, легшего в основу колеса, и создание первого портативного компьютера разделяет меньше 5 тысяч лет. А для образования существенных нефтяных пластов необходимо никак не меньше нескольких десятков, а то и сотен тысяч лет.

Одним из именитых деятелей науки, разделявших теорию, является Михаил Ломоносов. Наряду с нашими современниками, он считал, что изведанные запасы нефти, лежащие относительно близко к поверхности – лишь микроскопическая часть планетарных запасов.

Одним из доказательств возможности синтеза нефти в природе является наличие углеводородов в атмосфере планет-газовых гигантов (в частности, Юпитера). Данное обстоятельство подтверждает возможность образования простейших органических веществ из природной неорганики.

Абиогенная теория: как образуется нефть?

Приверженцы объясняют зарождение «чёрного золота» как результат процессов переработки биомассы – останков древних растений и животных, существовавших на планете миллионы лет назад. Есть куда больше доказательств, чем у противоположной.

Одним из первых доказательств стал эксперимент, проведённый немецкими естествоиспытателями еще в конце XIX века. Энглер и Гефер взяли за материальную основу эксперимента липиды животного происхождения (жир, выделенный из печени трески), и путём воздействия на него высоких температур и давления, многократно превышающего атмосферное, выделили из него лёгкие органические фракции.

В пользу этой теории образования нефти в природе говорит ещё немало экспериментов и лабораторных исследований. Также геологические изыскания и прогнозирование залегания нефтяных пластов основываются на положениях исключительно этой теории.

Необъяснимые события

Существует ряд месторождений, самим фактом своего существования опровергающие основные положения абиогенной теории происхождения нефти в природе. К ним относятся:

• Терско-Сунженское;
• Ромашкинское;
• Западно-Сибирская нефтегазоносная провинция.

В разное время на этих участках наблюдались необъяснимые «восполнения» нефти. Сущность удивительных событий состояла в том, что доступные методы анализа пластов констатировали их исчерпанность, скважины демонстрировали практически полную остановку нефтедобычи, однако, спустя несколько лет каждое снова показало наличие доступной к добыче нефти.

Геологи прогнозировали добычи в Ромашкинском месторождении чуть больше 700 млн. т. Чёрного золота, но за один только советский период нефтедобычи было простым способом извлечено не менее 3 млрд т.

Терско-Сунженское месторождение было исчерпано ещё к началу Второй мировой войны, когда на нём вот уже более 10 лет не осуществлялась нефтедобыча «фонтанным». Однако, уже по окончанию войны, изведанные скважины получили будто бы новые запасы: добыча не только возобновилась, но стала на порядки превышать довоенные объёмы.

Сходная ситуация наблюдалась на многих месторождениях СССР. Сторонники неорганического образования нефти в природе легко объяснили эти случаи, указав на то, что на этих участках углеводороды имеют неорганическое происхождение. Причём образование их существенно катализировано наличием в земных глубинах тяжёлых графитов и затеканий осадочных вод, что под воздействием колоссального давления порождает ускоренное формирование нефти.

По утверждению учёных, значительная часть территории Западно-Сибирской равнины была покрыта водами древнего моря. Природное происхождение нефти на этом участке подвергается критике и обструкции, но минеральное образование метана, не вызванное процессами гниения органики, находит массу сторонников. С помощью процесса, носящего название гидратации, соли железа взаимодействовали с морской водой, порождая выделение метана. Он скапливался в природных резервуарах, оставаясь там даже после осушения моря и дойдя до наших дней в первозданном виде, естественно образовываясь в природе.

Выводы и прогнозы

Какой бы путь образования природной нефти не получил неопровержимые доказательства, человеческой цивилизации это поможет довольно слабо. Человеческая память, архивное протоколирование наблюдений и научных изысканий с трудом охватывают периоды в сотни или тысячи лет, не говоря о миллионах.

Рассуждать же о возможном наступлении топливного кризиса как минимум неразумно: человечество стремительно осваивает альтернативные источники энергии, замещает устаревающие технологии новыми, модернизирует процессы разведки и добычи уже известных ресурсов. Ни один из современных прогнозов не имеет под собой более устойчивой основы, чем наблюдение за природой и сопоставление фактов, анализ наблюдений и исторических архивов. Охватить одним исследованием всевозможные случаи, выбивающиеся за рамки представлений одной из теорий, сопоставить их и привести к единому знаменателю – идея скорее амбициозная, чем реально достижимая. Поэтому вопрос: «Как же образуется в природе нефть?» может ещё долго оставаться в статусе открытого.

А до тех пор, нефть, ключевое по значимости топливо на нашей планете, будет и впредь оставаться предметом научных споров и источником многочисленных загадок.

Нефть - жидкий горючий минерал, который встречается в осадочных породах Земли . Состав нефти представляет собой сложную смесь многих сотен различных углеводородов и соединений, содержащих помимо углерода и водорода разные количества серы, азота, кислорода и металлов. По внешнему виду нефть - маслянистая жидкость от темного до светлого цвета в зависимости от содержания в ней смолистых веществ. Она легче воды, практически не растворима в ней, ее относительная плотность обычно от 0,80 до 0,92. Вязкость нефти значительно выше, чем воды. Температура кипения составляющих нефть разных углеводородов и фракций изменяется от 40-50 °С до высоких температур (вплоть до 500-600 °С). Свое название нефть получила от персидского слова «нафата», что означает «просачивающаяся, вытекающая». Появление нефти на Земле до сих пор остается темой непрекращающихся научных дискуссий (в основном двух взаимоисключающих гипотез - ее органического и неорганического происхождения).

Согласно гипотезе неорганического происхождения нефти (абиогенная гипотеза) углеводороды образовались в результате превращения неорганических соединений. Еще в 1805 г. немецкий ученый А. Гумбольдт утверждал, что нефть происходит из примитивных горных пород, под которыми покоится энергия всех вулканических явлений. В 1876 г. французский химик М. Бер-тло, искусственно синтезировав углеводороды из неорганических веществ, высказал предположение, что нефть образовалась в недрах Земли из минеральных соединений.

В 1876 г. русский ученый Д. И. Менделеев изложил свою «карбидную» гипотезу образования нефти, согласно которой вода, просачиваясь в недра Земли и взаимодействуя с карбидами металлов, в частности железа, под воздействием высоких температур и давления образует углеводороды и соответствующие оксиды металлов. Подтверждением абиогенной теории служили опыты по получению водорода и ненасыщенных углеводородов при воздействии серной кислоты (H2S04) на чугун, содержащий значительные количества углерода. В 1878 г. французские ученые, обрабатывая соляной кислотой (НС1) зеркальный чугун и водяными парами железо при белом калении, получили водород и углеводороды, которые даже по запаху напоминали нефть.

Значительный вклад в развитие гипотезы о неорганическом происхождении нефти внес известный ленинградский геолог-нефтяник Н. А. Кудрявцев. В 1950-е годы, обобщив огромный геологический материал о нефтяных и газовых месторождениях мира, он создал свою магматическую гипотезу происхождения нефти, по которой в мантии Земли при высоких температуре и давлении из углерода и водорода сначала образуются углеводородные радикалы, которые, поднимаясь в слои земной коры (в области более низких температур и давлений), взаимодействуют друг с другом и с водородом, превращаясь в нефть. Перемещаясь как вертикально, так и горизонтально в породе по трещинам, образовавшаяся нефть скапливается в ловушках не только в верхних слоях Земли, но и в глубине. Эти представления Н. А. Кудрявцева подтверждаются все большей глубиной (более 10 км) бурения нефтяных скважин.

Но «карбидная» гипотеза не объясняет появления всех углеводородов разнообразного строения, которые имеются в нефти. Наряду с вулканической гипотезой происхождения нефти русский геолог В. Д. Соколов в 1889 г. выдвинул космическую теорию, согласно которой газовый сгусток постепенно переходил в жидкую фазу, а содержащиеся в нем углеводороды (соединения углерода с водородом) растворялись в жидкой магме, превращающейся по мере охлаждения в твердую земную кору, по трещинам в которой углеводороды поднимались в верхние ее слои, образуя скопления нефти и газа.

Уже в наше время, объединив вулканическую и космическую гипотезы в единое целое, новосибирский исследователь В. А. Сальников предположил, что в результате столкновения спутника с Землей активизировалась вулканическая и горообразовательная деятельность. Миллиарды тонн вулканического пепла и грязевые потоки завалили в глубоких недрах Земли принесенные из космоса углеводороды, где под действием высоких температур и давлений они превратились в нефть и газ.

Сущность органической гипотезы происхождения нефти заключается в том, что нефть и газ появились из органического вещества, которое первоначально было в рассеянном состоянии в осадочных породах. Предполагается, что таким органическим веществом были отмершие остатки микрофлоры и микрофауны (планктон и др.), развивавшиеся в морской воде, к которым примешивались остатки животного и растительного мира. Основные процессы преобразования погребенного в осадочных породах органического вещества происходили после погружения на значительные глубины, где под воздействием высоких температур и давлений, а также из-за каталитического действия горных пород органическое вещество превращалось в углеводороды нефти. На это потребовались сотни (около 570) миллионов лет, что, однако, составляет всего около 10 % истории Земли. Еще в 1888 г. немецкие ученые Г. Гефер и К. Энглер получили предельные углеводороды, парафин и смазочные масла при перегонке рыбьего жира при температуре 400 °С и давлении порядка 1 МПа.

В 1919 г. русский ученый академик Н. Д. Зелинский при переработке органического ила растительного происхождения (сапропель из озера Балхаш) получил бензин, керосин, тяжелые масла, а также метан.

Академик И. М. Губкин в своей книге «Учение о нефти» (1932 г.) в качестве исходного вещества для образования нефти также рассматривал сапропель - битуминозный ил растительно-животного происхождения. Пласты, обогащенные органическими остатками, перекрываются более молодыми отложениями, предохраняющими ил от окисления кислородом воздуха с последующим его превращением под воздействием анаэробных бактерий. В пласте по мере тектонических перемещений его в глубину возрастают температура и давление, что приводит к преобразованию органики в нефть. Взгляды И. М. Губкина на образование нефти лежат в основе современной гипотезы ее биогенного происхождения, согласно которой процесс формирования нефтяных месторождений включает в качестве основных стадии осадконакопления и преобразования органических остатков в нефть.

Член-корреспондент АН СССР А. А. Воробьев выдвинул предположение, что кроме температуры и давления в природных процессах участвует и электричество. Так, метан, выделяющийся из органических соединений под воздействием электрического разряда, возникающего при контакте горных пород в ходе тектонических процессов, превращается в ацетилен, этилен и другие углеводороды, входящие в состав нефти.

Основоположник современной геохимии нефти академик В. И. Вернадский в начале XX в. также придерживался биогенной гипотезы происхождения нефти: «Организмы, несомненно, являются исходным веществом нефтей». Согласно гипотезе, высказанной В. И. Вернадским, в строении нефти, газа, каменного угля и других пород участвуют углерод и его соединения , которые являются частью глобальной геохимической системы круговорота

в земной коре (рис. 1.1). Основным из этих соединений является диоксид углерода (С02), содержание которого в атмосфере оценивается в 4 10й т. При этом ежегодно в результате фотосинтеза и выветривания из атмосферы поглощается более 8 108 т С02. То есть в отсутствие кругооборота углерод за тысячи лет мог бы полностью исчезнуть из атмосферы и быть «захороненным» в горных породах, где запасы С02 примерно в 500 раз больше, чем в атмосфере.

Метан (СН4) также является переносчиком углерода, а его содержание в атмосфере составляет 5 109 т. Однако из атмосферы часть СН4 попадает в стратосферу и далее в космическое пространство. Кроме того, метан расходуется и в результате фотохимических превращений. Если учесть, что продолжительность существования молекулы СН4 в атмосфере около 5 лет, то для того чтобы пополнить его запасы, в атмосферу ежегодно должно поступать около 109 т метана из подземных запасов в виде метанового испарения или «газового дыхания Земли».

В настоящее время источниками поступления углерода считаются мантия Земли при извержении вулканов и дегазация недр за счет «газового дыхания» планеты. При этом пополнение углеродных запасов происходит в результате затягивания осадков океанической породы в мантию при надвигании плит друг на друга. В значительно меньшей степени (Ю“10 от общего количества ежегодно «складируемого») углерод поставляется вместе с метеоритным веществом из космического пространства.

Об органическом происхождении нефти и газа образно пишет профессор МГУ Б. А. Соколов: «Нефть - результат физико-химических реакций при столкновении двух противоположных движущихся потоков: опускающейся органоминеральной волны осадочных слоев, содержащих органическое вещество и испытывающих катагенетические превращения, с одной стороны, и поднимающейся флюидной, осуществляющей тепломассоперенос из недр Земли к ее поверхности - с другой».

Большинство белорусских ученых (академик Национальной академии наук Беларуси и Российской академии наук Р. Г. Гарецкий, члены-корреспонденты НАН Беларуси Р. Е. Айзберг и А. В. Кудельский) связывают генезис нефти и природного газа с органической (осадочно-миграционной) теорией. Их позиция обусловлена тем, что почти все известные скопления нефти и углеводородных газов приурочены к осадочным толщам и районам развития так называемых нефтегазоматеринских (нефтегазогенерирующих) комплексов. Отмечается очень большое сходство большинства органических соединений, обнаруженных в осадочных породах, с углеводородами, составляющими основную массу нефти, при этом показано, что в составе нефти органическое вещество имеет биогенное происхождение. В соответствии с осадочно-миграционной теорией нефтегазоность недр является историческим явлением. Она зависит от количества и качества органического вещества генерационных пород, интенсивности их погружения на большие глуби-ны (2-10 км и более) в условиях нарастающей высокотемпературной среды (от 60-80 до 150-200 °С).

В связи с этим все поисково-разведочные работы по обнаружению новых месторождений нефти и газа на территории Беларуси основаны на концепции их органического происхождения.

В то же время, по мнению академика Р. Г. Гарецкого, выявленные случаи нахождения нефтепроявлений в кристаллических или изверженных породах (если они не связаны с перетоком из осадочных толщ) могут быть свидетельством возможности генезиса нефти и нафтидов и неорганическим (абиогенным) путем. Но такие нафтидопроявления несоизмеримо более редки, чем нефтепроявления в осадочных комплексах.

Белорусский ученый, член-корреспондент НАН Беларуси Ю. М. Плеска-чевский в конце 1980-х годов предложил радиационно-химическую гипотезу генезиса нефти, которая основана на известных явлениях взаимодействия ионизирующих излучений с веществом. Согласно этой гипотезе, нефть образуется как из органического вещества осадочной толщи, так и из углеродистых газов глубинного и сверхглубинного происхождения. Под влиянием естественной радиации земных пород газы мантийного (абиогенного) происхождения, такие как метан и низкомолекулярные углеводороды, присутствующие и в продуктах деструкции органических веществ, «захороненных» в осадках, т. е. биогенного происхождения, полимеризуются и превращаются затем в нефть. При этом глубина этих превращений в значительной мере определяется поглощенной дозой радиации, которая и обусловливает образование различной по составу и вязкости нефти.

В пользу радиационно-химической гипотезы образования нефти свидетельствует присутствие в ней природных радиоактивных веществ: урана, тория и т.п., а также соединений ванадия (концентрация которого в тяжелых

нефтях и природных битумах нередко превосходит его концентрацию в твердых рудах), германия, никеля и др., являющихся основой эффективных катализаторов полимеризации и химических превращений низкомолекулярных углеводородов в нефть.

Вследствие своей подвижности нефть и газ, так же как и вода, способны передвигаться в толще пористых пластов осадочных пород. Эти перемещения называются миграцией. При вертикальной миграции нефть и газ скапливаются в так называемых ловушках, т. е. в таких участках пористых горных пород, откуда дальнейшая миграция невозможна. Скопления нефти в этих ловушках называются нефтяными залежами (рис. 1.2). Если количество нефти и газа в залежи достаточно велико или в данной структуре пластов горных пород имеется несколько залежей, то говорят о нефтяном, нефтегазовом или газовом месторождении.

В. Е. ХАИН

НЕФТЬ И ГАЗ В ОСАДОЧНОЙ ОБОЛОЧКЕ ЗЕМЛИ

Промышленные скопления нефти, газа и газоконденсата встречаются почти исключительно в верхней, осадочной оболочке земной коры. Изредка их обнаруживают в вулканических (базальты), интрузивно-магматических (граниты) или метаморфических (гнейсы) породах. Залежи нефти и газа находят практически во всех типах осадочных горных пород, но преимущественно в песках, песчаниках, известняках, доломитах, поскольку они отличаются повышенной пористостью и представляют естественные вместилища – коллекторы, резервуары жидких и газообразных углеводородов. Но и более плотные породы – глины, плотные карбонаты могут представлять такие коллекторы, если они достаточно трещиноваты. Общей особенностью осадочных толщ, вмещающих залежи нефти, является их субаквальное происхождение, то есть отложение в водной среде. Первоначально представлялось, что такие толщи должны были обязательно отлагаться в морских условиях, но после открытия крупных залежей нефти в континентальных-озерных, дельтовых отложениях в Китае стало очевидно, что среда осадконакопления должна была быть водной, но не непременно морской.

К середине XX века выяснилось еще одно обязательное условие – нефтесодержащие толщи должны обладать некой минимальной мощностью (толщиной), около 2-3 км. Толщи такой мощности обычно накапливались в крупных впадинах земной коры, поскольку их накопление и сохранение требовали длительного и устойчивого опускания соответствующих участков коры. Такие впадины в 50-е годы XX века в США (В. Пратт, Л. Уикс) и СССР (И.О. Брод, В.В. Вебер, автор этих строк) стали выделяться в качестве нефтегазоносных бассейнов. Возникло учение о нефтегазоносных бассейнах, успешно развивающееся и в настоящее время.

Классификация нефтегазоносных бассейнов до 70-х годов XX века строилась на основе геосинклинально-орогенно-платформенной концепции. Под геосинклиналями понимали глубокие прогибы земной коры, заполнявшиеся толщами осадков и вулканических пород и преобразованные затем в складчатые горные сооружения – орогены. Последние после своего нивелирования денудацией (размывом) превращаются в фундамент устойчивых глыб коры – платформ, частично перекрываемых осадочным чехлом. Но в конце 60-х годов появилась новая геологическая концепция – концепция тектоники литосферных плит, которая быстро завоевала широкое признание. В связи с этим и классификация нефтегазоносных бассейнов была переведена на новую основу (рис. 1).

Согласно теории тектоники плит, верхняя часть твердой Земли, до глубины около 200-300 км, разделяется на хрупкую верхнюю оболочку – литосферу и подстилающую ее относительно пластичную астеносферу. Литосфера Земли разделена на ограниченное число крупных и среднего размера плит, на границах которых сосредоточена основная тектоническая, сейсмическая и магматическая активность. Границы плит бывают троякого рода: дивергентные, вдоль которых происходят их расхождение, образование новой базальтовой коры и океанских бассейнов; конвергентные, вдоль которых плиты сближаются, надвигаясь друг на друга, и, наконец, трансформные, вдоль которых они смещаются друг относительно друга в горизонтальном направлении по вертикальным разломам.

Активные окраины континентов в ходе своего развития испытывают сжатие, благодаря которому островные дуги сливаются друг с другом и в конечном счете образуют горные сооружения, надвигающиеся на соседний континент (или континенты, если океан испытывает полное замыкание), о чем говорилось выше. Но между отдельными сооружениями нередко возникают межгорные впадины, подобно Куринской впадине между Большим и Малым Кавказом или Паннонской (Венгерской) между Карпатами и Динарскими горами, которые также заполняются мощными осадками и являются нефтегазоносными бассейнами.

Сжатие, проявляющееся на конвергентных границах плит и ведущее к образованию сложно построенных горных сооружений, подобных Кавказу, Альпам или Гималаям, нередко распространяется далеко в глубь континентов, в области, которые давно утратили тектоническую активность, покрылись практически ненарушенным осадочным чехлом и представляли собой так называемые платформы. При этом кора таких платформ начинает коробиться, испытывая поднятия и погружения с образованием горных сооружений и межгорных впадин, последние опять-таки являются нефтегазоносными осадочными бассейнами. Этот процесс внутриконтинентального орогенеза (горообразования) наиболее ярко проявился в Центральной Азии, и именно здесь находятся такие бассейны, как Ферганский, Таджикский, Джунгарский, Таримский.

Таковы основные типы нефтегазоносных бассейнов. Возникает вопрос: как же образуются нефть и газ в осадочных бассейнах?

ПРОИСХОЖДЕНИЕ НЕФТИ И ГАЗА. НЕФТЕ- И ГАЗОМАТЕРИНСКИЕ ТОЛЩИ

В отличие от другого горючего ископаемого – угля, происхождение которого достаточно очевидно благодаря находкам отпечатков листьев и даже целых окаменевших стволов деревьев и было разгадано еще М.В. Ломоносовым, происхождение нефти долгое время было предметом жарких споров, которые полностью не затихли и в наши дни. Существуют две противоположные версии происхождения нефти: неорганическая и органическая. Выбор между этими версиями осложняется тем, что нефть и газ – весьма подвижные вещества-флюиды, они способны к перемещению – миграции внутри земной коры и ее осадочной оболочки на большие расстояния, и их скопления нередко находятся достаточно далеко от предполагаемого места образования.

Неорганическая гипотеза происхождения нефти была относительно наиболее популярной в СССР, где ее отстаивали две научные школы – в Санкт-Петербурге (тогда Ленинграде) во главе с Н.А. Кудрявцевым и Киеве во главе с В.Б. Порфирьевым. Адепты этого направления опирались на авторитет Д.И. Менделеева, который высказал предположение о том, что нефть могла образоваться при воздействии воды на карбид железа. Главными же геологическими фактами, легшими в основу построений "неоргаников", было нахождение некоторых залежей нефти в вулканических, интрузивно-магматических и метаморфических породах. Такие залежи действительно существуют. Особенно показателен пример крупного скопления нефти в трещиноватых и выветрелых гранитах на месторождении "Белый тигр" на юге Вьетнама, в дельте Меконга.

С позиций противоположной, органической концепции генезиса нефти все такие залежи – результат миграции нефти из смежных осадочных пород. Но следует признать, что углеводороды в принципе могут иметь в природе и неорганическое происхождение – иначе как объяснить их присутствие в метеоритах и атмосфере некоторых планет и их спутников, а также выделение метана в рифтовых зонах срединно-океанических хребтов, практически лишенных осадков. Однако все эти местонахождения представляют лишь научный интерес, а речь должна идти о залежах промышленного значения.

Противники "неоргаников" приводили в качестве доводов в пользу органического происхождения присутствие в нефтях спор и пыльцы растений и специфических органических соединений – порфиринов. Однако "неорганики" объясняли все это заимствованием из вмещающих залежи осадочных пород. Решающее доказательство органического происхождения нефти принесли данные органической геохимии, установившие тождество нефтяных и биогенных углеводородов на молекулярном уровне. Молекулы таких органических соединений получили название "биомаркеров", то есть меток, указывающих на биогенное происхождение данной нефти. Несмотря на это, отдельные исследователи как в нашей стране, так и за рубежом продолжают отстаивать неорганическое происхождение нефти. Соответствующие взгляды высказывались совсем недавно на страницах журнала "Эксплорер", издаваемого авторитетной Американской ассоциацией геологов-нефтяников. А в Швеции была даже пробурена довольно глубокая скважина в кристаллических породах Балтийского щита, но никаких притоков нефти получено не было.

В общем по всей сумме накопленных фактов достаточно обоснованной может считаться лишь концепция органического, биогенного происхождения нефти, выдвинутая немецким ботаником Г. Потонье в начале XX века. В нашей стране она была разработана Г.П. Михайловским, И.М. Губкиным, но наиболее полно и на современном уровне Н.Б. Вассоевичем, который назвал ее осадочно-миграционной теорией нефтеобразования. Согласно этой теории, источником нефти является захороненное в осадках органическое вещество – продукт разложения организмов, – отлагающееся вместе с минеральными частицами осадков.

В свою очередь, источником этого органического вещества являются две группы организмов: наземная растительность, остатки которой сносились реками в морские или озерные бассейны, бактерии и морской зоо- и фитопланктон, причем именно последнему принадлежит главная роль в нефтеобразовании.

Различия в составе органического вещества, отложенного из двух этих источников – гумуса и сапропеля, прослеживаются в составе нефтей, возникших за их счет. Накопление значительных масс органического вещества в осадках было возможно в условиях отсутствия или ограниченного доступа свободного кислорода, что могло происходить лишь в водной среде.

Органическое вещество находится в осадках в рассеянном состоянии. Одни типы осадков им обогащены в большей степени, другие – в меньшей или даже практически его лишены, но среднее содержание очень редко превосходит 1% от массы осадка. И лишь относительно небольшая часть этого вещества (10-30%) затем преобразуется в нефть, остальная сохраняется в осадке и переходит в образующуюся из него осадочную породу. Более всего обогащены органическим веществом темные глинистые толщи типа олигоцен-миоценовой майкопской серии Кавказа, девонского, так называемого доманика Волго-Уральского и Тимано-Печорского бассейнов. Именно их долго рассматривали как классические нефтепроизводящие или нефтематеринские толщи. Однако в дальнейшем выяснилось, что свойством продуцировать нефть обладали и другие типы осадочных формаций, в частности карбонатные.

Преобразование исходного органического вещества в нефть – процесс длительный, сложный и еще до конца непонятый. Известно, что углеводороды нефтяного ряда образуются уже в телах живых организмов и их обнаруживают в современных осадках. Однако, как показал Н.Б. Вассоевич, процесс идет очень медленно, пока осадки не погрузятся на глубину более 2 км, будучи перекрыты более молодыми слоями, и не нагреются до 80-100°C. Лишь тогда наступит главная фаза нефтеобразования. На большей же глубине, порядка 6 км, и при более высокой, более 120°C температуре вместо нефти начнет образовываться газ (рис. 3).

По более современным представлениям (Ш.Ф. Мехтиев, Б.А. Соколов) нефтеобразованию существенно способствуют (кроме погружения и роста температуры с глубиной) поступающие из мантии флюиды. Это особенно заметно в молодых рифтогенных бассейнах типа Суэцкого залива Красного моря, но должно было играть большую роль на ранней стадии развития и более древних бассейнов вроде Западно-Сибирского. В этом смысле можно признать, что в представлениях "неоргаников" было хотя и небольшое, но зерно истины – глубинный эндогенный фактор принимает определенное участие в процессе нефте- и газогенерации. А так как действие этого фактора во времени проявляется неравномерно, отдельными импульсами, то и генерация углеводородов может протекать не в одну фазу, а в несколько таких фаз, как недавно отметил украинский ученый А.Е. Лукин.

Но по существу процесс нефтеобразования завершается лишь тогда, когда капли нефти начнут собираться в более крупные скопления. А это происходит только при отжимании нефти вместе со связанной водой из материнской породы под весом вышележащих слоев, напором газа и при ее переходе в пористые породы-коллекторы, в частности пески и песчаники.

Диапазон глубин газообразования гораздо шире, чем у нефти, а его источником могут являться не только вещества органического происхождения, захороненные в субаквальных осадках, но и вещества, получающиеся в результате углефикации наземной растительности. Залежи газа, продуцированного угленосной толщей среднего карбона, известны в верхнем карбоне и нижней перми в южной части Северного моря и других районах. Выделения метана наблюдаются практически во всех угленосных толщах, и его взрывы в шахтах нередко имеют катастрофические последствия. Образование метана начинается уже в болотах, а промышленные залежи газа выявлены в очень молодых, плиоцен-четвертичных осадках. Газообразование продолжается и на больших глубинах, но, как отмечалось выше, его главная фаза приходится на область более высоких температур, чем главная фаза нефтеобразования (см. рис. 2). В последнее время в Скалистых горах США обнаружены скопления газа в слабопроницаемых отложениях верхов мела, их называют нетрадиционными, к ним относятся и упомянутые выше глинистые толщи. Следует упомянуть наконец о широком распространении в осадочных толщах морей и океанов и придонном слое осадков залежей газогидрата – сжиженного и замерзшего растворенного в воде газа.

Необходимым условием сохранности сформированной залежи нефти или газа является наличие над пластами-коллекторами непроницаемых или слабопроницаемых пород – флюидоупоров, в просторечии обычно называемых покрышками. Наилучшими флюидоупорами служат соленосные образования. Развитию таких образований нижнепермского, кунгурского возраста обязаны своей сохранностью гигантские залежи газа, конденсата и нефти в массивных карбонатах – карбонатных платформах на периферии Прикаспийской впадины (Астраханское, Оренбургское, Тенгизское месторождения). Но гораздо чаще роль покрышек выполняют глинистые пачки и свиты. Таким образом, нефтегазоносные комплексы состоят из нефтематеринских толщ, коллекторов и покрышек.

ЗАЛЕЖИ НЕФТИ И ГАЗА И ИХ ТИПЫ

Всплывая над водой в коллекторе, нефть и газ движутся в наклонных (достаточно очень слабого наклона, наблюдаемого на равнинно-платформенных территориях) пластах вверх по их восстанию до того места, где они встретят какое-либо препятствие этому перемещению. Таким препятствием может быть обратный перегиб пластов в своде складки, и тогда именно здесь локализуется залежь нефти, а над ней нередко "газовая шапка", или самостоятельная залежь газа, часто с оторочкой газоконденсата. Такие сводовые (или антиклинальные) залежи относятся к числу самых распространенных (рис. 3). В начале развития нефтегазовой геологии антиклинальная теория залегания нефти вообще считалась общепринятой. Залежи подобного типа были широко известны на Кавказе – в Азербайджане, Грозненском районе, Дагестане, Западной Туркмении, а затем были открыты в Волго-Уральской области, Западной Сибири в очень пологих платформенных поднятиях, а также на Сахалине.

Однако вскоре было обнаружено, что сводовые антиклинальные ловушки – это не единственный тип ловушек для залежей нефти и газа. Препятствием для дальнейшей латеральной миграции углеводородов могут служить плоскости тектонических разрывов, по которым пласты-коллекторы упираются в малопроницаемые породы. В результате перед ними образуются тектонически экранированные залежи, также достаточно распространенный их вид. Но часть флюидов может при этом уходить вверх по поверхностям разрывов (вертикальная миграция) и образовывать залежи уже в вышезалегающих коллекторах. Кроме того, именно по разрывам нефть и газ могут выходить на поверхность. Первоначально нефть добывали колодцами на таких выходах, что дало повод еще до появления антиклинальной теории связывать залежи нефти с тектоническими разрывами. Эти же естественные нефтепроявления долго служили единственным поисковым признаком.

Как сводовые, так и тектонически экранированные залежи относятся к разряду структурных. Но уже в 30-е годы XX века стали известны ловушки для залежей двух принципиально иных типов: стратиграфические и литологические (рис. 4). Первые из них связаны с выклиниванием пластов-коллекторов или их срезанием поверхностями несогласий, перекрытыми слабопроницаемыми породами. Вторые – с замещением коллекторов на том же стратиграфическом уровне слабопроницаемыми породами. Особый тип ловушек составляют гидравлически экранированные ловушки, когда залежь удерживается, нередко в сильно наклонном положении, встречным напором пластовых вод.

Совершенно очевидно, что эта тенденция способствует увеличению разведанных запасов углеводородного сырья и расширению перспектив поисков новых его месторождений. Именно благодаря этому мрачные прогнозы относительно близкого истощения запасов нефти всякий раз оказываются несостоятельными. И наконец, следует иметь в виду, что при современных методах добычи нефти из недр извлекается меньше половины ее запасов. Совершенствование этих методов позволит добыть часть нефти, оставшейся в недрах старых месторождений.

ГЕОГРАФИЯ МЕСТОРОЖДЕНИЙ НЕФТИ И ГАЗА

Распределение месторождений нефти и газа на поверхности Земли очень неравномерно (рис. 5). Заведомо лишены промышленных залежей абиссальные равнины океанов и срединно-океанические хребты, кристаллические щиты древних платформ с выходами на поверхность глубокометаморфизованных пород докембрия, осевые зоны складчато-покровных горных сооружений, сложенные интенсивно дислоцированными и в той или иной степени метаморфизованными толщами пород. Но уже в последнем случае следует сделать оговорку: по периферии таких сооружений под тектоническими покровами кристаллических пород нередко обнаруживают неметаморфизованные и нефтегазосодержащие толщи, ярким примером могут служить Скалистые горы Канады и США.

Уже достаточно давно нефть и газ добывают не только на суше, но и в море, начало чему было положено на Каспии и в Мексиканском заливе. При этом в поисках залежей нефти бурение уходит на все большие глубины моря; чемпионом в этом отношении является Бразилия, где добычу ведут уже на глубине более 1700 м. Открытие месторождений нефти и газа в Северном море превратило Великобританию и Норвегию из потребителей нефти и газа в ее экспортеров.

Богатейшим нефтегазоносным регионом в масштабе всей планеты является регион Персидского залива. Благодаря открытию огромных залежей нефти страны аравийского побережья залива, прежде безжизненно-пустынные и населенные редкими кочевыми племенами, теперь покрыты зелеными оазисами с белокаменными городами и за короткий срок достигли значительного процветания. Двумя другими крупнейшими нефтегазоносными бассейнами являются Западно-Сибирский бассейн, благодаря запасам газа которого Россия занимает первое место в мире, и бассейн Мексиканского залива (США, Мексика). Остальные бассейны показаны на рис. 5.

Основные ресурсы нефти и газа сосредоточены в относительно молодых, мезозойских и кайнозойских отложениях, образовавшихся за последние 200 млн лет истории Земли. Однако добыча нефти и газа ведется и из палеозоя, а в Восточной Сибири залежи нефти в еще более древних отложениях верхнего протерозоя, что неудивительно, так как они богаты органикой, в основном водорослевого происхождения. Поэтому можно ожидать, что добыча нефти и газа будет "прирастать" и протерозоем.

Рецензенты статьи В.А. Королев, М.Г. Ломизе

Виктор Ефимович Хаин, доктор геолого-минералогических наук, профессор кафедры динамической геологии МГУ, действительный член РАН. Лауреат государственных премий СССР и РФ. Область научных интересов – строение и развитие земной коры континентов и океанов. Автор более 30 монографий и учебников и более 700 научных статей.

Происхождение нефти

Нефть - результат литогенеза. Она представляет собой жидкую (в своей основе) гидрофобную фазу продуктов фоссилизации (захоронения) органического вещества (керогена) в водно-осадочных отложениях в бескислородных условиях.

Нефтеобразование - стадийный, весьма длительный (обычно 50-350 млн лет) процесс, начинающийся ещё в живом веществе. Выделяется ряд стадий:

• Осадконакопление - во время которого остатки живых организмов выпадают на дно водных бассейнов;
• биохимическая - процессы уплотнения, обезвоживания и биохимические процессы в условиях ограниченного доступа кислорода;
• протокатагенез - опускание пласта органических остатков на глубину до 1,5 - 2 км, при медленном подъёме температуры и давления;
• мезокатагенез или главная фаза нефтеобразования (ГФН) - опускание пласта органических остатков на глубину до 3 - 4 км, при подъёме температуры до 150 °C. При этом органические вещества подвергаются термокаталитической деструкции, в результате чего образуются битуминозные вещества, составляющие основную массу микронефти. Далее происходит отгонка нефти за счёт перепада давления и эмиграционный вынос микронефти в песчаные пласты-коллекторы, а по ним в ловушки;
• апокатагенез керогена или главная фаза газообразования (ГФГ) - опускание пласта органических остатков на глубину более 4,5 км, при подъёме температуры до 180-250 °C. При этом органическое вещество теряет нефтегенерирующий потенциал и реализовывает метаногенерирующий потенциал.
• И. М. Губкин выделял также стадию разрушения нефтяных местозарождений .

Убедительные доказательства биогенной природы нефте-материнского вещества были получены в результате детального изучения эволюции молекулярного состава углеводородов и их биохимических предшественников (прогениторов) в исходных организмах, в органическом веществе осадков и пород и в различных нефтях из залежей. Важным явилось обнаружение в составе нефти хемофоссилий - весьма своеобразных, часто сложно построенных молекулярных структур явно биогенной природы, то есть унаследованных (целиком или в виде фрагментов) от органического вещества. Изучение распределения стабильных изотопов углерода (12 C, 13 C) в нефти, органическом веществе пород и в организмах (А. П. Виноградов, Э. М. Галимов) также подтвердило неправомочность неорганических гипотез.

Считается, что основным исходным веществом нефти обычно является зоопланктон и водоросли , обеспечивающие наибольшую биопродукцию в водоёмах и накопление в осадках органического вещества сапропелевого типа, характеризующегося высоким содержанием водорода (благодаря наличию в керогене алифатических и алициклических молекулярных структур).

В древности существовали теплые, богатые питательными веществами моря, такие как в Мексиканском заливе и древний океан Тетис , где большое количество органического материала падало на дно океана, превышая скорость, с которой оно могло разложиться. В результате большие массы органического материала были погребены под последующими отложениями, такими как сланец или соль. Это подтверждается наличием толстого слоя соли над месторождениями нефти на Ближнем Востоке. Образование соляных отложений свидетельствует о том, что данные водоёмы длительное время были достаточно мелкими, плохо сообщались с остальным океаном и испарение сильно превышало приток морской воды извне. Впоследствии эти зоны оказались на суше в результате движения континентов. Условия достаточно уникальные, поэтому большую часть современных органических осадков на дне океана ждёт другая судьба - при движении океанической коры они попадают в зону субдукции .

Породы, образовавшиеся из осадков, содержащих такого типа органическое вещество, потенциально нефтематеринские . Чаще всего это глины , реже - карбонатные и песчано-алевритовые породы, которые в процессе погружения достигают верхней половины зоны мезокатагенеза , где вступает в силу главный фактор нефтеобразования - длительный прогрев органического вещества при температуре от 50 °C и выше. Верхняя граница этой главной зоны нефтеобразования располагается на глубине от 1,3-1,7 км (при среднем геотермическом градиенте 4°С/100 м) до 2,7-3 км (при градиенте 2°С/100 м) и фиксируется сменой буроугольной степени углефикации органического вещества каменноугольной . Главная фаза нефтеобразования приурочена к зоне, где углефикация органического вещества достигает степени, отвечающей углям марки Г. Эта фаза характеризуется значительным усилением термического и (или) термокаталитического распада полимерлипоидных и других компонентов керогена. Образуются в большом количестве нефтяные углеводороды, в том числе низкомолекулярные (C 5 -C 15), почти отсутствовавшие на более ранних этапах превращения органического вещества. Эти углеводороды, дающие начало бензиновой и керосиновой фракциям нефти, значительно увеличивают подвижность микронефти. Одновременно, вследствие снижения сорбционной ёмкости материнских пород, увеличения внутреннего давления в них и выделения воды в результате дегидратации глин, усиливается перемещение микронефти в ближайшие коллекторы. При миграции по коллекторам в ловушки нефть всегда поднимается, поэтому её максимальные запасы располагаются на несколько меньших глубинах, чем зона проявления главной фазы нефтеобразования, нижняя граница которой обычно соответствует зоне, где органическое вещество пород достигает степени углефикации, свойственной коксовым углям. В зависимости от интенсивности и длительности прогрева эта граница проходит на глубинах (имеются в виду максимальной глубины погружения за всю геологическую историю данной серии осадочных отложений) от 3-3,5 до 5-6 км.

Периодизация развития теории

В познании генетической природы нефти и условий её образования можно выделить несколько периодов.

1. Первый из них (донаучный) продолжался до средних веков. Так, в Георгий Агрикола писал, что нефть и каменные угли имеют неорганическое происхождение; последние образуются путём сгущения и затвердевания нефти.
2. Второй период - научных догадок - связывается с датой опубликования труда М. В. Ломоносова «О слоях земных» (), где была высказана идея о дистилляционном происхождении нефти из того же органического вещества, которое даёт начало каменным углям.
3. Третий период в эволюции знаний о происхождении нефти связан с возникновением и развитием нефтяной промышленности. В этот период были предложены разнообразные гипотезы неорганического (минерального) и органического происхождения нефти, а также космического.

Предыстория создания современной теории

Основные вехи в длительном процессе научного разрешения вопроса о происхождении нефти намечены русскими учёными. Впервые в 1763 М. В. Ломоносов высказал предположение о происхождении нефти из растительных остатков, подвергшихся обугливанию и давлению в земных слоях. Эти идеи Ломоносова далеко опередили научную мысль того времени, искавшую источники нефти среди неживой природы.

Примечания

См. также

Абиогенное происхождение нефти (англ. ) - Небиологическая теория происхождения нефти.

Ссылки

• Небиологическая теория происхождения нефти (англ.) [неавторитетный источник? ]

Wikimedia Foundation . 2010 .

Смотреть что такое "Происхождение нефти" в других словарях:

происхождение нефти - — Тематики нефтегазовая промышленность EN oil origin … Справочник технического переводчика

Происхождение нефти и природного газа - nature of oil (gas), oil (gas) origin Остается не вполне ясным. Первоначальные научные представления о происхождении нефти были высказаны еще в середине XVIII в. Ломоносовым, который рассматривал нефть как продукт, образовавшийся в процессе… … Нефтегазовая микроэнциклопедия

"Нефть - ценнейшее химическое сырье,
Ее надо беречь. А котлы топить можно
и ассигнациями."
Д.И.Менделеев

Несмотря на то, что к концу ХХ столетия стала бурно расти атомная энергетика, нефть в энергетическом балансе всех стран по-прежнему занимает важнейшее место. Да и как же иначе? Ведь не поставишь же атомную электростанцию на автомобили и самолеты! Атомные корабли, конечно, есть.но их мало. А как быть со всем остальным? Да и не одной энергетикой жив человек. Он ходит по асфальтовым дорогам, а это нефть. А все эти бензины, керосины, мазуты, масла, каучуки, резины, полиэтилены, асбестотехнические изделия и даже минеральные удобрения! Плохо пришлось бы нам, если бы на земном шаре не было бы нефти. Но нефти на Земле много, ее начали добывать еще в VI тысячелетии до нашей эры, а теперь ежегодная добыча составляет сотни миллионов тонн.

Нефть приносит большие доходы. Целые страны благоденствуют, продавая свою нефть и вызывая зависть соседей. Другие страны закачивают нефть в естественные и искусственные пещеры, создавая на всякий случай стратегические запасы. Нефтяные короли и монополии, трубопроводы и заводы по переработке нефти, передел нефтяной собственности, нефтяные войны, договоры и спекуляции и т. д. и т. п. Чего только не было в истории человечества из-за нефти! Скучно жилось бы людям, если бы ее не было на свете.

Но нефть существует, ее запасы исчисляются сотнями миллиардов тонн, и распространена она повсеместно, на суше и на море, причем на больших глубинах, исчисляемых километрами: то что лежало на поверхности, давно использовано, и теперь нефть добывают с глубин 2-4 и более километров. Но еще глубже ее еще больше, просто оттуда добывать ее пока нерентабельно.

Но вот что странно: хотя нефти много и она широко используется, до сих пор никто не знает, откуда же нефть вообще появилась на Земле. Существует множество догадок и гипотез на этот счет, одни относятся к донаучному периоду, который продолжался до средних веков, а другие - к научному, названному учеными людьми периодом научных догадок.

В 1546 г. Агрикола писал, что нефть и каменные угли имеют неорганическое происхождение. Ломоносов в 1763 году высказал предположение, что нефть произошла из той же органики, что и каменные угли. В третий период - период развития нефтяной промышленности был высказан ряд предположений как об органическом, так и о неорганическом происхождении нефти. Не имея возможности даже просто перечислить их, ограничимся лишь некоторыми.

1866 г. французский химик М.Бертло: нефть образуется при воздействии углекислоты на щелочные металлы.

1871 г. французский химик Г.Биассон: нефть образовалась благодаря взаимодействию воды, углекислого газа и сероводорода с раскаленным железом.

1877 г. Д.И.Менделеев: нефть образовалась в результате проникновения воды вглубь Земли и ее взаимодействия с карбидами.

1889 г. В.Д.Соловьев: углеводороды содержались в газовой оболочке Земли еще когда она была звездой, а далее они поглотились расплавленной магмой и образовали нефть.

А затем пошла серия гипотез неорганического происхождения нефти, но они не были поддержаны Международными нефтяными конгрессами, и органического происхождения, которые были поддержаны.

Считается, что основным исходным веществом нефти является планктон. Породы, образовавшиеся из осадков, содержащих такого типа органическое вещество, потенциально нефтематеринские. После длительного прогрева они образуют нефть. Вариаций на эту тему создано немало, правда, никак не объясняется одно затруднение, каким образом такая масса планктона (или мамонтов, это все равно) могла попасть на такие глубины по всему земному шару, да еще поселиться в песчаниках, хотя бы и пористых. И еще неясно, почему нефтяные месторождения всегда содержат не только нефть, но еще и серу в виде сероводорода или смол. И почему в попутных водах, сопровождающих добычу нефти, имеется почти весь набор химических элементов, навряд ли содержащихся в планктоне.

Но те, кто научно догадывается о происхождении нефти, стараются не акцентировать внимание на таких пустяках.

Однако хотелось бы обратить внимание на еще одну возможность, которая вероятнее всего не будет признана Международными нефтяными конгрессами. Дело в том, что песчаники, в которых содержится нефть, это в основном окись кремния - SiO. И если от одного ядра кремния, имеющего атомный вес 28, отнять одну альфа-частицу с атомным весом 4 и прибавить ее к другому атому кремния, то получится атом серы с атомным весом 32. А оставшийся от первого атома изотоп магния с атомным весом 24 частично сохранится как магний, который тоже содержится в попутных водах, а частично развалится и даст две молекулы углерода с атомным весом по 12, создав таким образом некоторую основу для образования и нефти, и каменных углей. Но если это так, то возникает вопрос о механизме, который мог бы все это совершить.

С точки зрения эфиродинамики такой механизм существует. В Землю, как и в любое другое небесное тело втекают из космоса эфирные потоки, скорость вхождения их равна второй космической скорости, составляющей для Земли 11,18 км/с. Эти потоки проникают внутрь Земли на любую глубину, по дороге проходя сквозь породы и турбулизируясь. Результатом турбулизации эфирных потоков являются вихри, которые внешним давлением эфира сжимаются, и скорость потоков в них многократно возрастает, так же как и градиенты скоростей, а значит появляются большие градиенты давлений, разрывающие молекулы, атомы и ядра и перестраивающие вещество. При этом за много лет из обычных неорганических пород могли создаться любые углеводороды и вообще любые элементы, причем на любой глубине.

Подобные процессы вполне могут протекать в недрах любых планет, а это значит, что и нефть, и каменный уголь, и другие минералы и элементы могут существовать на всех планетах Солнечной системы и не только ее. Это, правда не означает, что на этих планетах была жизнь. Также как и отпечатки стрекоз или листьев в каменном угле вовсе не свидетельствуют о том, что каменный уголь образовался из этих стрекоз или листьев. Мало ли кто куда мог залететь за прошедшие миллионы лет!

Из изложенного следует, что нефтяной кризис может быть связан не с нехваткой нефти на Земле, а с дороговизной ее добычи из глубинных слоев. Так что Д.И.Менделеев прав не только в том плане, что нефть нужно беречь, потому что она ценное сырье, это верно, даже если ее много. Он прав еще и потому, что начиная с какого-то момента стоимость ее добычи возрастет настолько, что топить котлы ассигнациями, т.е. бумажными деньгами окажется дешевле.