Происхождение нефти и газа

Проблема происхождения (генезиса) нефти и газа для нефтяников имеет не только научно-технический интерес, но и большое практическое значение. Зная, в каких условиях образу­ются нефть и газ, представляя себе четко процессы, формирую­щие скопление этих полезных ископаемых, нефтяники могут целенаправленно вести их поиски и разведку.

По вопросу о происхождении нефти и газа в земной коре единого мнения не существует. Есть сторонники органической и неорганической схемы образования, причем сторонников орга­нической теории генезиса нефти значительно больше. Органи­ческая теория более обоснована, и вооруженные ею нефтяники открыли большое количество крупных скоплений УВ, как у нас в стране, так и за рубежом.

По неорганическому синтезу УВ существуют три гипотезы (кар-;
бидная, космическая и вулканическая). >

Карбидная (минеральная) гипотеза была выдвинута Д. И. Мен­делеевым в 1877 г. На основе лабораторных опытов по этой ги­потезе утверждается, что при действии паров воды на карбиды тяжелых металлов получаются УВ. Высказав предположение, что этот процесс может происходить в глубинных недрах Земли, Д. И. Менделеев при этом говорил, что требуется большая рабо­та по решению вопроса о происхождении нефти и газа.

Гипотеза космического происхождения выдвинута русским геологом Н. А. Соколовым в 1889 г. По этой гипотезе исходным материалом для образования нефти в земной коре послужили УВ, образовавшиеся в наружной оболочке Земли в высокотем­пературной фазе ее образования. По мере остывания Земли УВ поглотились расплавленной магмой. Затем, с образованием зем­ной коры, УВ в газообразном состоянии, проникая в осадочные толщи, конденсировались, и происходило образование нефти.

¹ Вулканическая гипотеза выдвинута в России в 30-х годах XIX в. По этой гипотезе нефть образовалась из УВ, выделившихся при извержении магмы. Как думали сторонники этой гипотезы, га­зовые эманации, выделяющиеся при извержении магмы, содер­жат, наряду с другими газами, также УВ, которые, проникая в пористые осадочные породы, образуют нефтяные залежи.

В 50-х годах XX в. произошло возрождение гипотез абиогенно­го (неорганического) генезиса нефти, что было вызвано достиже­ниями науки в области планетарной космогонии и геологии.

У нас в стране эти идеи развивали такие геологи, как Н. А. Кудряв­цев, В. Б. Порфирьев, П. Н. Кропоткин и другие ученые.

Данные, послужившие основанием для возрождения гипо­тез неорганического происхождения нефти, сводились к следу­ющему.

1. Спектральные наблюдения показали, что атмосфера пла­нет-гигантов: Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна — в основ­ном состоит из метана, а первых двух, в том числе, и аммиака.

2. В газопылевой среде, заполняющей звездное пространство, а также в кометах, выявлены молекулы, образованные соедине­ниями элементов: углерода и водорода (СН), азота и водорода (NH, NH₂), углерода и азота (CN).

3. Во всех метеоритах выявлены простейшие органические соединения. Газы, выделяющиеся при прокаливании метеори­тов, содержат углекислый газ (С0₂), метан (СН₄), водород (Н₂), сероводород (H₂S).

4. Большое значение придавалось глубинным разломам, ко­торые могли быть проводниками УВ из глубоких недр вверх, особенно после опубликования работ А. В. Пейве.

Возрожденные гипотезы неорганического генезиса делились на две группы: 1 — вулканическая и 2 — космическая. По пер­вой схеме, из углерода и водорода, которые имеются в магме, образуются радикалы СН, СН₂, СН₃, которые, как и свободный водород Н₂, двигаются из магмы вверх в земную кору по глубин­ным разломам и образуют залежи УВ в земной коре.

Однако новые данные планетарной космогонии еще недоста­точно обоснованы, требуют проверки. Неясны процессы образо­вания УВ в магме из протопланетного вещества.

Факт нахождения в космосе молекул органических веществ химического (неорганического) происхождения никак нельзя связывать с залежами нефти и газа в земной коре.

Содержание метана в газах вулканов, о чем говорят неоргани­ки, ничтожно мало. К тому же он может быть генетически свя­зан с осадочной толщей, через которую прорывается магма. Кроме этого, состав природных газов не соответствует составу вулкани­ческих газов.

Синтез УВ неорганическим путем доказан рядом простейших экспериментов. Однако эти условия не соответствуют тем, при которых мог бы произойти синтез УВ в какой-либо из стадий развития Земли.

Трудно представить себе, что при внедрении магмы в осадоч­ную оболочку возникли или существовали какие-либо более слож­ные УВ, чем метан.

Неорганики утверждали, что нефть имеется в изверженных и метаморфических породах, а также, что нефть насыщает весь разрез отложений нефтеносных территорий, причем чем ближе к фундаменту, тем больше УВ, так как глубинные разломы — проводники нефти из глубин Земли.

Указанные положения неоргаников критически рассмотрены в многочисленных работах сторонников органической теории происхождения нефти, которые установили следующее.

Рассмотрение условий залегания залежей УВ в магматичес­ких и метаморфических породах показало, что большинство из них непосредственно связано с миграцией УВ из находящейся близко осадочной толщи, в более редких случаях также допусти­мо проникновение УВ из осадочных пород.

Как отмечают органики, диапазон промышленной нефтега­зоносности на многих объектах нефти и газа, как правило, боль­шой. Однако непрерывной нефтегазоносности в разрезе нет. Продуктивные пласты связаны с определенными толщами, в том числе выявлено неравномерное распределение УВ по разрезу по возрастным подразделениями, причем это можно объяснить толь­ко с органических позиций, а именно — периодичностью усло­вий, благоприятных для нефтегазообразования.

Нет прямой связи нефтегазоносности и с глубинными разло­мами. Есть участки земной коры, где разломы отсутствуют, од­нако в осадочной толще таких областей установлены крупные скопления нефти и газа.

Таким образом, теоретически можно допустить образование УВ неорганическим путем. Однако остается неясным, возможно ли образование за счет этих УВ нефти как сложной системы

органических соединений. При этом трудно себе представить образование неорганическим путем огромного количества УВ в открытых местоскоплениях нефти и газа, а также прогнозируе­мого количества УВ, заключенного почти во всех регионах мира в осадочных толщах.

Образование нефти и газа по органической теории, высказан­ное впервые в 1757 г. М. В. Ломоносовым, происходит из орга­нических остатков, накопившихся в осадочных толщах.

Академик И. М. Губкин, его ученики и последователи деталь­но разработали теорию органического генезиса нефти, которая вооружила нефтяников на поиски крупных скоплений нефти и газа и привела к большим открытиям, в том числе в Урало-По-волжье, республиках Средней Азии, на Северном Кавказе, а в последние годы — в Западной Сибири и Прикаспии.

По органической теории исходным материалом для образова­ния нефти являются остатки как растительного, так и животного происхождения — органическое вещество (ОВ) морских и внут-риматериковых водоемов. Для образования газа возможно на­копление ОВ не только в морских и прибрежно-морских усло­виях, но и в континентальных угленосных толщах.

В дальнейшем, по мере погружения осадков с ОВ, под влия­нием термодинамических, каталитических и бактериальных фак­торов происходит разложение и преобразование ОВ в УВ нефтя­ного ряда. Далее нефтяные УВ мигрируют в пористые пласты-коллекторы, где впоследствии скапливаются в ловушках.

Процессы нефтегазообразования и нефтегазонакопления в земной коре не являются каким-то уникальным геологическим явлением, приуроченным лишь к одному этапу развития нашей планеты, а имеют периодичный характер. Они происходили при наличии благоприятных условий в течение почти всех геологи­ческих периодов с тех пор, как началось накопление осадков. Как писал в своей книге «Учение о нефти» академик И. М. Губ­кин: «Образование жидкой или полужидкой нефти началось еше в илах и в не вполне отвердевшей породе, и по мере того как эта порода под влиянием возрастающего давления все более и более уплотнялась, жидкость (т. е. вода и нефть) из нее выжималась в рыхлые породы (в пески, известняки и пр.), именно в те, кото­рые подвергались меньше всего сжатию.

Образование нефти совершалось во всех точках органогенно­го слоя, где был соответствующий материал, следовательно, нефть в этом пласте все время находилась в диффузно рассеянном со­стоянии. По мере того как образовавшаяся нефть выжималась в пористые породы, органогенный пласт или первично-битуми­нозная порода постепенно беднели органическим веществом...» И далее: «По мере нарастания мощности осадков, по мере по­гружения первично-битуминозной породы в более глубокие зоны земной коры приобретали в процессе нефтеобразования возрас­тающее значение процессы гидрогенизации', которые все более и более улучшали качество нефти» [10].

Органическое происхождение нефти и газа признается подав­ляющим большинством ученых и практиков у нас и за рубежом.

Основные доказательства органического генезиса нефти.

1.Подавляющее большинство скоплений УВ, открытых в зем­ной коре (99,9%), приурочено к осадочной толще.

2.В современных и древнечетвертичных осадках морей про­исходит превращение ОВ в УВ нефтяного ряда, установлено воз­растание их содержания по мере захоронения осадков.

3.Довольно часто находят скопления УВ в линзах проницае­мых пород (песчаников) среди мощных непроницаемых толщ (глин), где нет разломов и где источником УВ могли быть только сами глины.

4.Экспериментально в лабораторных условиях подтверждена возможность преобразования ОВ в направлении образования УВ нефтяного ряда. Например, при Т — 200°С под действием хлори­стого алюминия на холестерин, ряд органических кислот, пче­линый воск, каучук удалось получить продукты, похожие по внеш­нему виду, по физическим и химическим свойствам на нефть.

5.Наличие в составе нефти кислородных, азотистых и серни­стых соединений, имеющих явно биогенное происхождение и связанных с разложением ОВ.

6.Близкое сходство изотопного состава углерода нефтей и ОВ при существенном отличии от изотопного состава углерода изверженных пород и неорганических соединений, что говорит о генетическом родстве нефтей с ОВ. Изучение изотопных со­отношений серы в нефтях, газах и битумах также говорит об их генетической связи с вмещающими осадочными толщами.

7. Оптическая активность нефтей — одно из доказательств органической теории. Полученные в результате неорганического синтеза УВ и нефтеподобные продукты оптически неактивны.

8. Во многих нефтях, главным образом залегающих в моло­дых породах, обнаружены жирные кислоты, которые представ­ляют собой неизмененные остатки исходных растительных и животных жиров и масел (т.н. биологические метки).

9. По химсоставу наблюдается сходство органических соеди­нений в осадках с УВ нефтей, в которых выдерживается анало­гичное соотношение УВ-молекул, резко нарушающееся при вы­соких температурах. Это говорит о том, что нефти в процессе образования не могли испытывать действие очень высоких тем­ператур, какие предполагаются в магме.

10.Установлен четкий параллелизм процессов накопления ОВ и каустобиолитов (нефти, битумов, углей) в течение геологичес­кой истории, что отражает генетическую связь нефте- и углеобразования с накоплением ОВ в истории Земли. Так установлено, что эпохами наибольшего накопления ОВ и каустобиолитов являются карбон, мел, кайнозойское время, в меньшей степени — девон, пермь, юра, кембро-ордовик, а минимум относится к три­асовому времени.

В заключение надо отметить, что сторонников органического генезиса нефти подавляющее большинство. Они считают, что огромное количество выявленных в земной коре запасов нефти и газа образовалось органическим путем. Но, по-видимому, можно считать, что небольшое количество УВ образовалось и абиоген­ным путем. При этом следует отметить, что некоторый интерес в направлении разработки неорганических гипотез образования не­фти возможно определяется необходимостью поисков новых ре­сурсов УВ в более глубоких недрах Земли.

Таким образом, вопрос о происхождении нефти и газа пока окончательно не решен, и требуется проведение дальнейших исследований. Несмотря на то, что органическая теория практи­чески доказана, ряд вопросов еще требует доработки. А в отно­шении неорганических гипотез происхождения нефти требуется постановка новых экспериментов, включая моделирование, для изучения процессов неорганического синтеза УВ с привлечени­ем различных специалистов.