книги / Учение о нефти

возникая в результате небольших выделений ее из магмы. Но ведь мы ведем все наши рассуждения не об этих эпизодических, ничтож­ ных по своим размерам проявлениях нефти, а о тех массовых ее скоплениях, которые слагают настоящие нефтяные месторожде­ ния — сырьевые базы современной мировой нефтепромышлен­ ности.

Если же иметь в виду вообще происхождение нефти и ее не­ большие, не имеющие практического значения скопления; то нужно, признать, что в очень редких случаях и в весьма ограни­ ченных количествах нефть имеет, неорганическое происхождение и возникла в результате чрезвычайно небольших выделений из маг­ мы. Только с этой точки зрения космическая гипотеза и заслужи­ вает того, чтобы о ней упомянуть. Но так как она претендует на универсальность, то понятно, она должна быть признана несо­

достатком которых является то, что все они построены на до­ гадках и предположениях и теоретических рассуждениях, которые с геологической точки зрения не могут быть доказаны. Поэтому от них отказались не только почти все геологи, но большинство химиков, которым факты неорганического синтеза нефти в лабора­ торных условиях долгое время мешали оценить значение воз­ ражений, которые приводились геологами. В природе они искали аналогий условиям лабораторного опыта и, по моему мнению, до сего времени не нашли. По справедливому замечанию К. Крэга, гипотезы неорганического происхождения нефти представляют со­ бою главным образом догадки химиков и кабинетных ученых. Основанные на предположениях и теоретических рассуждениях, они ни разу не проверены на практике и не подтверждены геоло­ гическими наблюдениями.

ОРГАНИЧЕСКОЕ ПРОИСХОЖДЕНИЕ НЕФТИ*

В то время как в лабораториях ставились опыты по получению нефтеподобных продуктов из неорганических веществ, научная мысль под влиянием фактов геологического порядка стремилась разрешить проблему происхождения нефти другим путем — по ли­

*И. М. Губкин назвал этот раздел «Органический синтез нефти». В-настоя­ щее время под органическим синтезом обычно понимается искусственное образование органических (в химическом смысле) веществ иа более простых химических соединений, а также из элементов. Например, органическим синтезом является получение органических веществ из СО и С 02 из солей угольной кислоты и других соединений, обычно причисляемых к неорга­ ническим веществам (БСЭ, т. 39,1956, стр. 111). Так как в действительности

И.М. Губкин, говоря об органическом синтезе (некоторые неорганики допускают образование нефти именно за счет такого рода органического синтеза из газов, в том числе и ювенильного водорода), имел в виду нечто совсем другое, то было решено изменить название этого раздела.

310

гонке его были получены следующие продукты: сырой смолы — 63,2%, кокса — 16,0% и газа — 20,8%. Газ состоял из метана, окиси углерода, водорода и сероводорода. В полученной смоле удельного веса 0,82 содержалось 48% пирогенетической воды. Безводная смола была еще раз перегнана, причем получилось: бензина удельного веса 0,726 — 17% (до 150°), керосина удельного веса 0,794 — 60% (150—335°) и тяжелых масел — 16% (340°). Выход очищенных рыночных продуктов составлял 55,2% от всей смолы. В состав бензина входили углеводороды ряда СпН2П+2, циклопарафины или нафтены и ароматические, а в состав керосина — углеводороды ряда СпН2п типа циклических полиметиленов. Вообще, получился ряд углеводородов, которые близки по со­ ставу к природным нефтям, очищенным от смол и непредельных углеводородов. Н. Д. Зелинский утверждает, что «. смесь этих углеводородов может быть названа искусственной нефтью, полученной из органического материала, который не является животным жиром», так как в маслах из сапропеля найдены все типичные представители углеводородов, составляющих природ­ ную нефть, а именно, парафины легколетучие, парафины кристал­ лические, нафтены и ароматические углеводороды.

Высокие погоны, полученные из этой искусственной нефти, оказались оптически слабо деятельными. Сходство между искус­ ственной нефтью и нефтью природной сказывается также в том, что легкие и тяжелые масла из сапропелевой нефти при разложе­ нии их хлористым алюминием дали по своему химическому харак­ теру те же продукты расщепления, как и масла из природной нефти.

Опыты перегонки различного рода животных и растительных жиров были после К. Энглера проделаны в многочисленных лабо­ раториях и доставили богатый фактический материал, легший в основу гипотез органического происхождения нефти. Нужно отметить, что лабораторные исследования развивались рука об руку с полевыми геологическими наблюдениями. Достаточно указать, что гипотеза животного происхождения нефти построена К. Энглером совместно с Г. Гёфером, который подвел под нее гео­ логическое обоснование.

Основным пунктом расхождения всех органических гипотез является вопрос, из какого именно органического материала произошла нефть. Одни, как К. Энглер и Г. Гёфер, утверждают, что нефть произошла из животного материала; другие, например, Лэкре, Крэг,— из растений; третьи — что в образовании нефти принимал участие'органогенный материал растительного и жи­ вотного происхождения.

Гипотеза происхождения нефти из животных остатков

312

Вот как в основных чертах она сформулирована этими учеными. Нефть возникла из жиров погибших животных, каковыми яв­ ляются рыбы, рептилии и низшие организмы: фораминиферы (орбулины, глобигерины), радиолярии и пр. Растительные орга­ низмы играли подчиненную роль, участвуя в образовании нефти главным образом своими восками, жирами и смолами. Превраще­ ние жиров в нефть совершалось в изменявшихся условиях давле­ ния и температуры, поэтому процесс мог совершаться в одних

В конечномрезультате после ряда превращений из исходного животного материала получались насыщенныё углеводороды мета­ нового ряда, нафтены, олефины, терпены и другие ненасыщенные углеводороды, кислородные соединения (кислоты, кетоны, фенолы, асфальт и др.) и небольшое количество сернистых и азотистых соединений. Различия в условиях образования (изменение тем­ пературы, давления) приводили к изменению количественных соотношений составных частей, а это в свою очередь служило причиной возникновения различных нефтей.

Для того чтобы эта гипотеза могла получить общий характер, т. е. объяснить с достаточной вероятностью происхождение всех нефтей и во все времена, надо посмотреть, насколько она удовлетноряет этому признаку всеобщности. Первоначальное требова­ ние, предъявляемое к ней, состоит в том, чтобы она дала удовлет­ ворительный ответ на вопрос: существуют ли в природе условия, обеспечивающие накопление такого количества животного матери­ ала, которое могло бы быть достаточным для образования тех громадных количеств нефти, какие сконцентрированы в отдель­ ных месторождениях, входящих в состав целых нефтеносных об­ ластей?

Возьмем для примера Кавказ. Здесь нефтепроявления и от­ дельные месторождения прослеживаются почти в непрерывной окраинной полосе, окружающей Кавказ со всех сторон. Наша Эмбенская нефтеносная область занимает площадь до 250 тыс. км2, площадь более концентрированных нефтепроявлений занимает свыше 130 тыс. км2. В пределах ее известно свыше 250 отдельных месторождений нефти с площадью питания, отдельных месторожде­ ний до 800 км2.

Аппалачская нефтеносная область в США имеет площадь приблизительно в 200 тыс. км2. В этой старейшей по времени экс­ плуатации нефтеносной области перебывало в разработке около 350 нефтяных месторождений. В среднем на одно месторождение приходится около 600 км2 площади питания. Следовательно, если считать гипотезу животного происхождения имеющей универсаль­ ное значение, мы должны допустить, что накопление, распределе­ ние, изменение и превращение в нефть животного материала должно было происходить на огромных площадях. Поскольку

313

скопления нефти начали образовываться со времени возникнове­ ния нормальных осадочных образований и накопления в них органического материала, этот процесс имел место во все геоло­ гические эпохи, начиная с кембрийской и вплоть до нашего вре­ мени включительно. Иными словами, процесс нефтеобразования имеет региональный и постоянный характер *. Накопление органо­ генного материала, из которого впоследствии возникает нефть, совершается и в настоящее в^емя, как оно совершалось во все предыдущие геологические эпохи, когда оказывались налицо благоприятные для возникновения и протекания этого процесса условия.

Что же приводится сторонниками гипотезы в подтверждение возможности скопления больших масс животного материала, могущего послужить источником образования нефти? Прежде всего выдвигается так называемая «теория барров» Оксэниуса, который'считает, что в прибрежных частях моря отдельные его части могут отшнуровываться от этого последнего, причем может произойти полная изоляция какого-нибудь залива, вследствие чего биологические условия этой части моря могут резко изме­ ниться, и населяющая его фауна в силу неприспособленности 'к новым условиям жизни должна погибнуть; Эта массовая гибель животных и может дать материал для образования нефти. В ка­ честве примера подобного рода приводится залив Кара-Богаз-Гол, представляющий часть Каспийского моря, отделенную от него пес­ чаной перемычкой. Он представляет собой как бы обширную чашу, в которой вследствие пустынного климата происходит чрезвы­ чайно усиленное испарение водк и выпадение солей из сильно концентрированного рассола, достигающего степени насыщения. В осеннее и зимнее время во время штормов сюда волнением со сто­ роны моря загоняются целые косяки рыбы. Попав в ненормаль­ ные условия, они здесь погибают в массовых количествах. Что это именно так и происходит, подтверждают разведочные работы: при неглубоком бурении на дне залива среди донных отложений соли встречены прослойки, состоящие сплошь из погибшей рыбы.

Подходя критически к оценке возможной роли рыб в качестве материнского вещества для нефти, необходимо обратить внимание, что своего более или менее раннего развития фауна рыб достигла в девоне, следовательно, ими трудно пользоваться для объясне­ ния происхождения нефти в более древние геологические эпохи, например, в кембро-силуре.

* И. М. Губкин в данной книге, как и в других своих публикациях, неодно­ кратно подчеркивает две важные черты нефтеобразования — регионалъностъ процесса и его постоянство с древнейших времен — «с тех пор, как

возникли нормальные осадочные породы» (Губкин, изд. 2-е, 1937, стр. 445; в данном издании — стр. 318). Он писал и о непрерывности процесса (Губ­ кин, изд. 2-е, 1937, стр. 450; в данном издании — стр. 328), а в первом изда­ нии употребил даже слово «безостановочный».

314

Другой пример массового скопления животного материала в результате массовой гибели приводит Н. И. Андрусов,-указы­ вающий, что на дне Черного моря лежит целый слой ракуши, представленной главным образом видом Dreissenia polymorpha\ этот слой нащупан лотом при промерах морского дна. Образова­ ние этого донного слоя Н. И. Андрусов объясняет так. По его мнению, в эпоху оледенения Европы на месте нынешнего Чер­ ного моря существовал большой пресноводный или полупресноводный замкнутый бассейн, по биономическим условиям напо­ минавший Современное Каспийское море. В нем в изобилии жили пресноводные моллюски, в том числе и Dreissenia polymorpha. В этот бассейн через современный Босфорский пролив прорвались соленые воды Средиземного моря и убили всю фауну моллюсков, не успевшую мигрировать к берегам в устье рек. Эта погибшая фауна в виде толстого слоя покрыла дно Черного моря, начала разлагаться и отравила, по мнению Н. И. Андрусова, нижние зоны Черного моря сероводородом. В свою очередь и представи­ тели современной фауны, попадая в эти отравленные зоны, по­ гибают и падают на дно моря, пополняя его новым органогенным материалом.

Если явление гибели дрейсенид произошло именно так, как его рисует Н. И. Андрусов, то мы имеем здесь действительно факт массовой гибели животных, последующее разложение остатков которых могло привести к образованию нефти. Но образование слоя дрейсенид на дне Черного моря может быть объяснено и дру­ гим, более простым и более вероятным способом. Примеры громад­ ного скопления раковин в пластах очень обычны. Известные мощ­ ные устричные банки, залегающие среди пластов песков, глин и прочего, и их отложение произошло не в результате какой-либо катастрофы, а в нормальных условиях существования соответ­ ствующих организмов. В таком же обычном порядке, который мы можем наблюдать и в современных морях, могло произойти скопле­ ние раковин дрейсенид и на дне Черного моря. К. Крэг указы­ вает, что очень часто раковины двустворчатых носят на себе «знак смерти» в виде небольшого круглого отверстия, просверлен­ ного, по-видимому, другим хищным брюхоногим, которое по­ жрало содержимое раковины, прежде чем оно могло послужить материалом для нефтеобразования. Поэтому громадные скопле­ ния раковин зачастую никакого отношения к нефтеобразованию не имеют.

У Г. Гёфера приводятся многочисленные примеры массовой гибели животных либо вследствие изменений жизненных условий бассейна, либо вследствие эпидемий и вообще каких-либо явле­ ний катастрофического порядка, но все эти явления местного и временного характера, а не регионального и постоянного. Ис­ ключение составляет только накопление фораминиферовых от­ ложений, которое происходило в региональном масштабе и, так сказать, в нормальном порядка, Для накопления осадков этого

315

типа не нужно прибегать к придумыванию каких-то исключитель­ ных обстоятельств и причин. В известных нам фораминиферовых слоях, как таковых, залежей нефти промышленного характера пока не встречено, а если и встречаются среди них нефтеносные прослойки, то присутствие в них нефти связывается с другими сло­ ями: например, в Майкопском районе признаки нефти в форами­ ниферовых слоях связываются либо со слоями майкопской свиты, либо с битуминозным пластом, залегающим среди фораминиферо­ вых отложений. К. Крэг считает погребение в фораминиферовых отложениях животного материала нелепостью вследствие чрез­ вычайной медленности накопления фораминиферовых отложений. Прежде чем скончавшаяся фораминифера достигнет места веч­ ного упокоения на дне моря, содержимое ее исчезнет, и на дно падает лишь ее известковая оболочка. Поэтому, как бы ни была обоснована гипотеза животного происхождения с химической точки зрения, с геологической точки зрения она не может быть приз­ нана универсальной, могущей объяснить все случаи происхож­ дения нефти во все геологические эпохи. Возможно, что в некото­ рых отдельных случаях местного и ограниченного значения нефть возникла в результате скопления и последующего изменения животного материала, но мы в настоящее время не можем ука­ зать, в каких месторождениях или вообще в каких местах нефть возникла из животного материала.

Одно время так называемые менилитовые сланцы Галиции, изобилующие рыбными остатками, рассматривались как прямое доказательство происхождения нефти из рыб. Теперь подобное объяснение возбуждает сомнение, так как в этих сланцах, кроме остатков рыб, встречаются остатки и более низких форм раститель­ ной и отчасти животной жизни. Кроме того, там существуют дру­ гие битуминозные сланцы, содержащие в изобилии органогенный материал растительного происхождения и находящийся в более близких соотношениях с нефтеносными горизонтами, чем менили­ товые рыбные сланцы.

Взгляды, согласно которым нефти калифорнийская, огайская и канадская, богатые азотистыми и сернистыми соединениями, про­ изошли из остатков животных организмов, а пенсильванская нефть почти безазотистая — из растительных, также нельзя считать обоснованными и соответствующими геологическим условиям за­ легания этих нефтей.

Но гипотеза животного происхождения встречает возраже­ ния и с химической точки зрения. К. Крэг никак не соглашается с тем толкованием процесса изменения животного вещества и превращения его в нефть, которое дано К. Энглером и Г. Гёфером. Он признает их гипотезу весьма остроумной и соглашается, что реакции, подобные предполагаемым ими, можно воспроиз­ вести в лаборатории, но считает, что не требуется больших по­ знаний ни в химии, ни в геологии, чтобы доказать, что в боль­ шом масштабе в природе эти реакции происходить не могут.

316

В самое последнее время против этой теории со стороны химии был сделан ряд возражений проф. Г. Л. Стадниковым х, по словам которого «. эта теория, объясняющая удовлетворительно об­ разование метановых нефтей, не может объяснить нам проис­ хождение нафтеновых». Ею нельзя объяснить обилие низкокипящих циклических углеводородов в этих нефтях, присутствие сернистых соединений, а также смол и асфальтенов в нафтеново-ароматических нефтях, карбоновых кислот с циклическим строением, а также высокую оптическую активность многих нефтей, ибо совершенно непонятно, как из слабоактивных жиров могли образоваться высокоактивные нефти нафтеновых классов. Однако возможно, что изменения условий опыта могут разрешить удовлетворительно и эти вопросы, устраняя и те возражения, которые ставит гипотезе животного происхождения проф. Г. Л. Стадникбв. Мы указывали несколько выше, что японскому геологу Кобаяши удалось полу­ чить из жира сельдей и других рыб в присутствии катализатора — гидросиликата алюминия — нафтеновую нефть с нафтеновыми кислотами. Таким образом, возражения со стороны химии нам представляются еще не столь категоричными и неустранимыми. Но вот геологические возражения, которые противостоят этой теории, являются, по-видимому, неустранимыми главным обра­ зом потому, что она не удовлетворяет основному условию за­ легания нефти в земной коре — ее региональности. В диффузи­ онно-рассеянном состоянии нефть занимает на земном шаре огром­ ные пространства. Всякая теория ее происхождения должна прежде всего удовлетворить этому условию [50].

Гипотеза происхождения нефти из остатков растений

Роль растений в образовании каменных углей в настоящее время является общепризнанной. Процессам изменения растительного материала наземного, болотного и водного происхождения боль­ шое внимание было уделено немецким ученым Г. Потонье. И у нас этому вопросу уделено немало внимания в работах М. А. Залес­ ского 2,1 а в последнее время — в работах Г. Л. Стадникова. Тео­ рия происхождения углей разработана не только в общих чертах, но и в ее деталях, и в настоящее время уже делаются попытки дать генетическую классификацию углей, основанную на их про­ исхождении. Установлено, что уголь и нефть являются членами одного и того же генетического ряда, известного под общим на­ званием каустобиолитов. Поэтому само собой напрашивается вопрос: если уголь, один из важнейших представителей каусто­ биолитов, образовался из растений, то почему не предположить, что и другой важнейший член того же ряда тоже образовался

1 Г. Л. Стадников. Происхождение углей и нефти, изд. 2-е, Л ., 1933. 2-М. А. Залесский. Очерк по вопросу образования угля. Пг., 1914.

317

из материала растительного происхождения, хотя бы и иного характера, состава и при других отличных условиях?

Попытки объяснить происхождение нефти из растений воз­ никли давно. Еще в 1866 г. Лэкре считал, что пенсильванская нефть произошла из морских водорослей *. Был создан ряд гипотез, различающихся одна от другой главным образом исходным мате­ ринским материалом, из которого предполагалось происхождение нефти. Были выдвинуты следующие основные предположения. Нефть могла произойти: 1) из ископаемых или минеральных углей, 2) из наземных растений, 3) из морских водорослей и вообще морских растений и 4) из диатомовых водорослей. Здесь мы не упоминаем (по существу, тоже теория растительного про­ исхождения нефти) сапропелевой теории Г. Потонье, так как на ней остановимся особо.

Гипотеза происхождения нефти из ископаемых, или минеральных, углей

Суть этой гипотезы состоит в том, что под влиянием высокой температуры в недрах минеральные угли могут перегоняться, подобно тому как они перегоняются в ретортах и кубах в условиях лабораторной или заводской практики, и давать продукты пере­ гонки, напоминающие по своему характеру нефть. Высокая тем­ пература, необходимая для процесса, могла получиться, вопервых, вследствие глубокого залегания углей в земной коре, где можно предполагать наличие подземного жара, во-вторых, вследствие химических процессов разложения пиритов и т. д. Перегонка может совершаться даже в присутствии перегретого пара.

1.При сухой перегонке угля получается каменноугольная смола, или деготь, по своему составу коренным образом отли­ чающаяся от нефти. Правда, вошел в широкую промышленную практику предложенный Бэргиусом метод гидрогенизации угля, при котором из угля получают продукты, аналогичные нефте­ продуктам, но нам пока неизвестно, существует ли и в природе «бэргинизация».

2.В результате сухой перегонки угля должен был бы полу­ читься угольный остаток, напоминающий собою тот кокс, кото­ рый остается от перегонки угля в искусственных заводских условиях. Такого угольного остатка не найдено, однако, ни в од­ ном нефтяном месторождении. Правда, в литературе есть указа­

*В нашей стране идею об образовании нефти из растений впервые высказал

М.В. Ломоносов в своем замечательном труде «О слоях земных» (1763), хотя в первоначальном виде ее высказал в 1725 г. фрайбергский профессор Хенкель,

318

ние, что нефть содержится в угольных пластах у Моара Эним на Южной Суматре, но она сюда попала вследствие высокой порис­ тости этих пластов, как и в любую пористую породу (Э. Блюмер). В штате Пенсильвания угольные и нефтяные пласты занимают одну и ту же территорию. Но угольные пласты лежат значительно выше нефтяных и моложе их по возрасту, что исключает возмож­ ность образования пенсильванской нефти за счет перегонки углей.

Гипотеза происхождения нефти из наземных растений

Здесь под наземной растительностью мы будем подразумевать тот растительный материал наземного происхождения, который растет, накопляется и погребается в болотах, дельтах больших рек, в прибрежных лагунах и образует различного рода торфя­ ники, болотные леса, мангровые заросли и т. п. Относительно роли этого материала в образовании углей ни у кого никакого сомнения не возникает. Является ли подобный материал исход­ ным, материнским материалом и при образовании нефти?

Прежде всего решим вопрос о роли торфа, образование кото­ рого происходит именно в региональных масштабах; скопляется ли он в количествах, вполне способных обеспечить образование нефти тоже в больших масштабах?

Здесь будет уместным вспомнить о гипотезе Э. Биннэя, кото­ рый наблюдал в одной из английских торфяных залежей, в ее ниж­ них слоях, своеобразную битуминизированную массу, проис­ шедшую, по его мнению, за счет разложения торфа под влиянием тепла, развившегося в результате медленного сгорания того же торфа. Э. Биннэй полагал, что здесь происходил процесс сухой перегонки, аналогичный сухой перегонке в ретортах, в результате которого образуются углеводороды, и на основании этого источ­ ником нефти считал разложившиеся торфяные растения. Возмож­ ность самонагревания в скоплениях отмерших растений, вообще говоря, подтверждается рядом фактов. Г. Потонье приводит ряд примеров самонагревания и даже самовозгорания скученного растительного материала: сена, навоза, упавшей и согнанной вет­ ром в кучи листвы'и т. д. Он указывает, например, что копна сена может внутри совершенно обуглиться приблизительно так, как это наблюдается при выжигании угля, и даже загореться, если откроется более широкий доступ кислорода при втыкании шестов или устройстве воздушных ходов и т. д.

По гипотезе Э. Биннэя, процесс нефтеобразования должен про­ исходить во всех торфяных болотах, однако сколько-нибудь зна­ чительных количеств нефти в торфяниках не найдено. Если здесь совершается процесс сухой перегонки, то должен быть налицо коксовидный угольный остаток. Такого угольного остатка ни в од­ ном из известных нам нефтяных месторождений не найдено. Согласно Г. Потонье, наземные и болотистые растения, в том числе

319