книги / Учение о нефти

До самого последнего времени органогенный материал, яв­ ляющийся материнским веществом.для образования различного рода горючих ископаемых, или каустобиолитов, мы делили на две большие группы, согласно Г. Потонье: углеводный'и углеводо­ родный *. Изменение органических материалов первой группы, где клетчатка, или целлюлоза, играет одну из главных ролей, ведет через торфяную стадию к образованию бурых и далее камен­ ных углей. Этот процесс мы называли карбонизацией. Углеводо­ родный материал через сапропелевую стадию ведет к образованию различного рода битуминозных веществ, в том числе и нефтей, и самый процесс изменения обозначался нами как битуминизация. Этот взгляд нашел полное отражение в первой главе этой книги. Большой интерес по этому вопросу представляют некоторые дру­ гие исследования.

На основании работ Ф. Фишера и Шрадера Г. Л. Стадников приходит к заключению, что «. целлюлоза отмершего растения легко и быстро разрушается микроорганизмами без образования

ископаемых углей» 1*. Мы не можем оспаривать столь авторитет­ ное заключение, но считаем необходимым привести здесь резуль­ тат исследовательской работы Н. Д. Штурма 2, который сформу­ лирован так: «. под влиянием аэробных целлюлозу разлагаю­ щих бактерий клетчатка превращается в слизеподобное коллои­ дальное дисперсное вещество, которое обладает общими свой­ ствами с «гумусом» почвы: коллоидальностью-, устойчивостью по отношению к воздействию микробов, содержанием органиче­ ского азота (следствие автолиза) и растворимостью в разведенных щелочах». Противопоставлением результатов этих исследований мы и ограничимся.

Материнским веществом гуминовых кислот и, следовательно, всех гумусовых углей считается лигнин, являющийся одной из главных составных частей древесины (20—30%). По новейшим данным, истинными углеобразователями являются лигнин, жир­ ные кислоты, смолы, углеводороды и воски. Они не разрушаются и накапливаются в местах отложения и потом превращаются в угли. Углеводы, пектиновые вещества и белки разрушаются до газообразных или же образуют соединения, легко вымывае­ мые водой. Исходными органическими материалами при образова­ нии углей были сапропелиты, гумусовые вещества и смешанные сапропелито-гумусовые и гумусо-сапропелитовые. На основе этих исходных материалов с учетом условий их изменения и пре­

*В настоящее время не говорят ни об «углеводной», ни об «углеводородной» группах каустобиолитов (см. примечание [в]).

1 Г. Л. Стадников. Происхождение углей и нефти, изд. 1-е, 1931, стр. 59, 60.

2Н. Д. Штурм. К вопросу аэробного разложения клетчатки бактериями. — Изв. сапропел. комитета, 1928, стр. 4.

330

вращения строится Г. Л. Стадниковым новая естественная клас­ сификация углей взамен старой грюнеровской.

Гипотеза смешанного происхождения нефти устанавливает, что те же самые вещества сапропелитового и сапропелито-гумусо­ вого характера были источником и для образования нефти. Если и для углей и для нефти исходный материал был один и тот же, то в чем же разница? Где начало расхождения путей, привед­ ших, с одной стороны, к образованию каменных углей, антраци­ тов и даже графитов, а с другой, к образованию тяжелых и лег­ ких нефтей до бензиноподобных белых нефтей Сураханского место­ рождения?

В этом отношении особый интерес представляют «новые взгляды на происхождение нефти» проф. Г. Л. Стадникова г. По его воз­ зрениям, «. в водных бассейнах прежних геологических эпох должны были образовываться: 1) скопления богатых жирами альг, так называемые сапропелитовые отложения, и 2) скопления гумусового и сапропелитового материала. Если такие скопления образовались в пресноводном или слабосоленом бассейне, то они превращались в богхэды, или угли смешанного происхождения (витритовые). При скоплении же этих материалов в соленовод­ ных бассейнах изменения органических веществ шли в другом направлении и приводили к образованию первичных нефтей». Материнским веществом всех нефтей были жиры. В пресноводных бассейнах изменение жирных кислот шло в сторону окисления и полимеризации; в соленоводных, где придонные области часто заражены сероводородным брожением, процессы окисления не­ предельных жирных кислот совершенно невозможны; процессы полимеризации тех же кислот протекают медленно. Под влиянием жизнедеятельности анаэробных бактерий часть полимеризатов теряла углекислоту и превращалась в углеводород, или же ке­ тоны. Такому же превращению подверглись и предельные кис­ лоты. Полимеризаты и ^возникшие из них углеводороды вместе с восками и смолами растворялись в общей массе жирных кислот и, таким образом, подготовляли среду, в которой диспергиро­ вались затем гуминовые вещества. На дне соленоводного бассейна создавалась густая однородная смолоподобная масса, обладаю­ щая большей вязкостью и большим удельным весом. Она названа первичной нефтью. Эта первичная нефть, оставаясь на дне бас­ сейна вследствие своего высокого удельного веса, подвергается в дальнейшем очень медленным изменениям в направлении поли­ меризации непредельных соединений и образования циклических цолимеров и т. д., пока не будет закрыта мощными минераль­ ными отложениями и вместе с ними не будет поднята горообразую­ щими процессами со дна бассейна. Залегая между осадочными породами, она остается «. без изменения до тех пор, пока с ней1

1 Г. Л. Стадников. Происхождение углей и нефти, изд. 1-е, 1931, стр. 242— 252.

331

не придут в соприкосновение газы, образовавшиеся в глубоких недрах земли при действии воды на раскаленный раствор карби­ дов в ферромангане», как об этом говорит карбидная теория. Водород и окись углерода, поднявшиеся из недр земли вместе с другими газами, вступят в реакцию с составными частями пер­ вичной нефти, причем водород будет гидрировать ненасыщен­ ные и кислородные соединения. Все эти процессы будут проис­ ходить при сравнительно низкой температуре (около 200° С) и при высоком давлении газов. Поскольку качества исходного материала значительно менялись (то отлагался чисто сапропелевый материал, то преобладал гумусовый материал, а между ними возможны были разные переходы), в результате первичная нефть получалась разных качеств. Гидрогенизация ее под влиянием глубинных газов создала все то разнообразие природных нефтей, которое мы наблюдаем. Гипотеза не допускает ни пирогенетического раз­ ложения первичной нефти, ни процессов брожения в ней, так как она была сильным антисептиком.

Выдвинутая Г. Л. Стадниковым гипотеза интересна тем, что она является как бы синтезом органической и неорганической теорий.

Г. Л. Стадников представляет, следовательно, процесс об­ разования нефти как идущий в две последовательные фазы и вводит понятие о некоем промежуточном продукте, который на­ зывает «первичной» нефтью. Если первая фаза процесса трак­ туется вполне в духе «органических» теорий, то в объяснение второй фазы (гидрогенизации первичной нефти) Г. Л. Стадников привлекает старую неорганическую теорию Д. И. Менделеева. Автор, по его собственному выражению, сгруппировал новый фактический материал вокруг трех основных гипотез происхож­ дения нефти и влил их в одну общую гипотезу. Мы намеренно подробно остановились на этой новой гипотезе происхождения нефти, которая является наиболее обоснованной не только с хи­ мической, но и с геологической точки зрения. Она основана на тщательном химическом изучении всех веществ, входящих в со­ став материнского материала и всех происходящих в них процес­ сов.

Тем не менее в этой гипотезе есть несколько пунктов, которые не позволяют ее признать соответствующей тому, что в природе происходит при образовании нефти. Первый ее основной недо­ статок — это признание существования «первичной» нефти, воз­ никающей на дне водоемов и потом залегающей без значитель­ ного изменения среди поднятых пластов осадочных пород. Если с химической точки зрения существование такой первичной не.фти может быть обосновано, то с геологической точки зрения его обосновать трудно. В самом деле, найдена ли эта первичная нефть в природе? Всякого рода угли на всех стадиях развития, начи­ ная с торфов, балхашитов и куронгитов и до антрацитов включи­ тельно, мы находим в угольных месторождениях. По линии угля,

332

следовательно, природная действительность как бы подкрепляет доводы соответствующих генетических теорий. Совсем иную кар­ тину мы наблюдаем в нефти. Залежей первичной нефти в* понима­ нии проф. Г. Л. Стадникова ни в одном из нефтяных месторожде­ ний мира неизвестно, а ведь должны же были где-нибудь сохра­ ниться хотя бы обрывки таких пластов первичной нефти в ка­ честве неиспользованного природой наследия длинной геологи­ ческой истории. Залежи первичной нефти по характеру залегания и постоянству своего распространения должны быть подобны ка­ менноугольным флёцам, тем более что образование их происхо­ дило не в прибрежных частях бассейна, а на более или менее зна­ чительной глубине, куда затруднён был доступ воздуха и где со­ здавались благоприятные условия для сероводородного броже­ ния. Такие части бассейнов характеризуются большим постоян­ ством в условиях отложения осадков, чем прибрежные части с их частой сменой отложения, выклинивающимися пластами и т. п. Трудно поэтому предположить, чтобы залежи, подобные залежам первичной нефти, целиком были израсходованы на образование природных нефтей. G геологической точки зрения такое допуще­ ние имеет чисто гипотетический, не оправданный фактами ха­ рактер.

Вся совокупность фактов геологического порядка об условиях залегания нефти в земной коре (ее передвижения из мест перво­ начального образования и скопления в виде залежей в определен­ ных структурных формах пластов, с чем мы подробно познакоми­ лись в предыдущих главах этой книги) не вяжется с представ­ лением о существовании густой, однородной, смолоподобной массы, обладавшей большой вязкостью и большим удельным весом, скопившейся между осадочными породами, поднятой горо­ образующими процессами со дна бассейна и в таком виде остаю­ щейся неизменной до тех пор, пока ее не оживила эманация газов, поднявшихся с глубин, согласно карбидной теории.

Вся совокупность этих фактов не вяжется с попыткой Г. Л. Ста­ дникова оживить карбидную теорию Д. И. Менделеева, от кото­ рой давно уже отказались почти все геологи, в том числе и по­ левые. Известный геолог Э. Зюсс, автор «Лика Земли», считает карбидную теорию геологически необоснованной. «В этой теории, — говорит он, — есть вещи, не приемлемые для геолога, привык­ шего работать в поле» г.

Что случилось нового, чтобы пересматривать наше отноше­ ние к карбидной гипотезе? Неужели только то, что Вредиг доказал возможность синтеза оптически активного соединения из бензальдегида и синильной кислоты, что как будто, по словам Г. Л. Ста­ дникова, подает надежду найти рациональное объяснение актив­ ности нефтей в случае допущения их минерального происхожде-

1 См. письмо Эд. Зюсса специалисту по химии пефти М. А. Ракузину. — Азерб. нефт. хоз., № 6—7 (№ 90—91), 1929, стр. 27.

333

ния? Думаю, что надежда — самая безнадежная. Она не колеб­ лет ни одного из тех возражений, которые делают карбидной гипо­ тезе геологи и которые кратко изложены мной на предыдущих страницах. Оживление карбидной гипотезы нужно Г. Л. Стадникову для оживления мертвого пласта первичной нефти. Без глубинных водорода и окиси углерода он должен остаться все время неоживленным, а так как таких эманаций в природе не суще­

признать, что в данном случае были другие и характер исход­ ного материнского материала для образования нефти, и условия его отложения по сравнению с условиями отложений углей,

ипроцессы их изменения, но как исходный материал для нефти, так и условия его отложения и превращения были близки и свя­ заны непрерывными переходами с таковыми же для углей. Вот почему остается безусловно правильным утверждение, что и уголь

инефть — члены одного и того же генетического ряда каустобиолитов, на что мы все время настойчиво указывали.

Вглаве V, в связи с вопросом об образовании нефтяных место­ рождений, мы кратко остановились на условиях образования

в пределах так называемой терригенной зоны, где происходит накопление органического материала не в пресной, а в соленой воде, т. е. в зоне, где совершается борьба между морем и сушей и где происходит чередование отложений: осадки глинистого характера, содержащие часто богатый органический материал, сменяются более грубыми — песком, галечником, ракушечни­ ком и т. п. Здесь отлагаются органогенные илы, пропитанные соленой водой, содержащие значительную примесь неоргани­ ческого материала. И в море, и в его прибрежных частях кишмя кишит органическая жизнь. Здесь есть свой планктон, за счет отмирания которого образуются биогенные илы: диатомовые, глобигериновые, радиоляриевые и т. п. Представление о размере этого планктона могут дать бесчирленные миллиарды скорлупок диатомей, образующих диатомовые сланцы в Бакинском районе и в Калифорнии. В замкнутых опресненных бассейнах (бухтах, заливах и т. д.) развивался планктон, близкий к планктону прес­ ных водоемов и болот, в Море же характер органических осадков был Несколько иной. К органическому материалу биогенных илов присоединялся еще органический материал, сносимый впадаю­ щими в него реками, который смешивался с биогенными илами. Сюда же попадали и органические остатки из ближайших водое­ мов прибрежной полосы моря и т. д.

334

Так, из года в год, из века в век шло в большом региональном масштабе образование осадков и накопление в них органического материала. Образовывались именно такие осадки, которые те­ перь принимают участие в строении наших нефтяных месторожде­ ний. Присутствие в них органического вещества и связанная с ним битуминозность являются их наиболее общими свойствами. Спо­ собы образования этих осадков, накопление в них органического материала целиком и полностью увязываются с тем фактом, что нефтяные залежи являются распространенными по всей Земле и их образование происходило во все времена, с тех пор как воз­ никли нормальные осадочные породы. В них-то и началось на­ копление органических остатков животного и растительного происхождения.

Органические, или биогенные, илы и происшедшие из них орга­ ногенные породы являются тем материнским материалом, из которого возникла нефть [ва].

Как мы видим теперь, родина нефти не в пресноводных бас­ сейнах, не в болотах, а в областях древних мелководных морей, их заливах и прочих частях, на месте теперешних геосинклиналов, или в краевых зонах этих геосинклиналов, примыкавших к геоантиклинальным поднятиям [б3]. По мере того как геосинклинал заносился осадками, море мелело и превращалось в замкну­ тые пресноводные бассейны, -в которых начинали отлагаться сапропели, гумусорые вещества, и родина нефти становилась родиной угля. Так было в Великом Аппалачском геосинклинале, так было и на Великих равнинах Мид-Континента, между подня­ тием Озарк и горной системой Ауочита-Арбокль, где угленосные свиты покрывают многочисленные нефтеносные горизонты, отде­ ленные от них мощными свитами сланцев и других пород, так было и в ряде других мест Соединенных Штатов. В маленьком масштабе подобная смена наблюдается и в наших озерах Евро­ пейской части СССР. В чистом открытом озере отлагается сапро­ пель. Озеро начинает зарастать, затягиваться мхом. Сапропель покрывается торфом. Наконец, озеро превращается окончательно в торфяное болото. На месте его через ряд лет, десятилетий, столетий возникает торфяник, а на дне этого торфяника лежит сапропелит. Пройдут века, и бурый уголь будет покрывать богхэд или какой-либо другой уголь сапропелитового типа.

Через какие же стадии прошло органическое вещество, чтобы стать в конце концов нефтью?

Этот процесс во всей его последовательности и деталях нам еще не известен. Углю в этом отношении более посчастливилось: вопросу происхождения углей посвящен ряд чрезвычайно обстоя­ тельных работ. Из них выделяется своею обстоятельностью и ясностью изложения труд проф. Г. Л. Стадникова. Нефть еще ждет таких исследований. Попытаемся все же систематизиро­ вать то, что нам известно по вопросу об ^изменениях в материн-

335

/

ском веществе нефти; познакомимся с теми воззрениями на про­ исхождение нефти, которые разделяются большинством геологов.

Вся совокупность изложенных в этой книге фактов, касаю­ щихся условий залегания нефти в земной коре, говорит за то, что все нефтяные залежи,- за редкими исключениями, приуро­ чены к образованиям прибрежного характера, отложившимся в морской соленой воде, или же к образованиям континенталь­ ного характера, но тесно связанным по условиям залегания со свитами морского’ происхождения, как, например, та же про­ дуктивная толща Бакинского района, которая в ряде мест нахо­ дится в непосредственном соприкосновении или с диатомовыми слоями, или с майкопской свитой и с другими нижнетретичными битуминозными слоями.

Раз отложение и изменение органического материала проис­ ходило в соленой воде, необходимо выяснить роль этой послед­

и ограничивает разложение органического вещества,- вследствие чего получается достаточное количество времени, в течение кото­ рого может произойти превращение этого вещества в нефть. При этом быстрое образование ила покрывало органический материал и прекращало доступ к нему воздуха, вследствие чего кислого брожения или совершенно не происходило, или же оно происходило в самых ограниченных размерах. Его место занимало гнилостное брожение, разрушавшее белки, после чего наступала «битуминизация» жиров, разлагавшихся на жирные кислоты и спирты (глицерин), которые вымывались, а жирные кислоты раз­

С«^2н—1 == С,„Н27)||2 -[- Сг)1Н2(П,_,г) 1 и т. д.

Предположение, что нефть является прямым продуктом осо­ бого вида гниения или разложения, совершающегося под задер­ живающим влиянием морской воды, встречает большую под­ держку среди научных работников. Однако большинство амери­ канских геологов -не разделяют мнения Р. Залозецкого о том, что нефть произошла в результате непосредственного гниения и разложения, и считают, что роль соленой воды ограничивается лишь замедлением разложения органического материала, чем открывается большой простор часто неучитываемому фактору — времени.

Большинство исследователей признают, что образование нефти из органического материала совершается в две стадии. В первой1

1 Г. Гёфер. Нефть и ее производные, 1908.

336

восстановительные же процессы ведут к накоплению органичес­ кого вещества в донных осадках.

Скорость, с какой идут эти процессы, различна, находясь в зависимости от совокупности целого ряда факторов, каковы: рельеф дна, скорость обмена воды и окислительная способность ее нижнего слоя, характер исходных организмов и содержание в них органического вещества и пр. В зависимости от сочетания этих условий, складываются различные взаимоотношения вос­ становительного и окислительного процессов, и в случае резкого преобладания первых над вторыми происходит усиленное нако­ пление органического вещества, т. е. исходного материала для дальнейшего образования нефти.

Замечено, в частности, что наиболее благоприятные условия как для скопления органогенных остатков, так и для их перера­ ботки создаются в отрицательных формах донного рельефа. Этот обобщающий вывод делают П. Траск, Г. Хаммер и Ц. Уильямс в исследовании (1932 г.) о происхождении и «окружении» нефте­

0 работах Азовской научно-промысловой экспедиции (1922— 1924 гг.) 12 и Гольдманом 3 на примере бухты Чезпик и др.

Органические остатки подвергаются разлагающему действию анаэробных бактерий. В первую очередь разрушаются белковые вещества с образованием сероводорода и аммиака и других про­ дуктов глубокого распада белковой частицы и распада каких-то устойчивых азотистых соединений. Получается, по словам акад. В. Л. Омелянского, как бы «выгнивший», или, как его неудачно называет Г. Потонье, «минерализованный» сапропель, ко­ торый не изменяется очень долго даже при свободном доступе воздуха. Во вторую очередь подвергается распадению клетчатка, или целлюлоза, и лигнин и другие органические соединения с высоким содержанием кислорода. Роль анаэробных бактерий состоит в извлечении кислорода и в образовании устойчивых соединений. Первая стадия бактериального разложения закан­ чивается образованием жиров и других устойчивых соедине­ ний. Этим вообще заканчивается стадия биохимических процес­ сов, и органическое вещество обращается в тот кероген, о кото­ ром мы уже говорили. По мнению других исследователей, роль анаэробных бактерий на этом не заканчивается. Мэррэй Стюарт и другие английские геологи считают, что бактериальное раз­ ложение совершается до конца, до превращения органического вещества в нефть. Жиры, разложенные в жирные кислоты, а эти

1 Р. D. Trask, Н. Е. Hammer, С. С. Williams. Origin and Environment of So­ urce sediments of Petroleum. Houston. Texas, 1932.

2 К. M. Книпович. Работы Азовской научно-промысловой экспедиции 1922— 1924 гг. — Труды экспедиции, вып. I, 1926.

3 М. L. Goldman. Black Shale formation in and about Cheasepeake Bay. — Bull. Americ. Ass. Petrol. Geol., N 2, 1929.

338

последние — в углеводороды, будут собираться на морском дне и там удерживаться. В ответ на возражения, что возникшая нефть может расплыться на поверхности воды и вообще рассеяться на поверхности моря, М. Стюарт указывает, что маленькие частицы глины и кусочки обломочного происхождения обладают своего рода взаимным сродством и притяжением. Образовавшиеся нефтя­ ные шарики облепляются мельчайшими глинистыми частицами и вместе с ними погружаются на дно, где и примешиваются к не­ органическому илу, оставаясь там до тех пор, пока не покроются более поздними осадками.

Мы имеем очень мало данных относительно глубины, на ко­ торую оказывают свое действие анаэробные бактерии в погребен­ ных осадках. Есть указания, что они были найдены в болотном иле на глубине 20 футов (6 м) 1.-По словам акад. В. О. Омелянского, деятельные гнилостные микробы встречались во всей толще ила оз. Белого и Коломны, независимо от глубины, с которой брались пробы 2. О роли анаэробных бактерий в процессах нефтеобразования особый интерес представляют микробиологические исследования Т. Л. Гинзбург-Карагичевой3. Она исследовала свыше 100 проб воды с нефтью, а отчасти и с породой из эксплуа­ тирующихся скважин Апшеронского полуострова (Сураханы, Биби-Эйбат, Балаханы, Бинагады и др.), Грозненского района (Старые промыслы) и Нафталана, и установила наличие опре­ деленных групп микроорганизмов, характерных для заражен­ ных сероводородным брожением бассейнов. Жизнедеятельность этих выделенных микроорганизмов, среди которых во всех пробах встречена микроспира, является причиной ряда биохимических процессов, среди которых для нас особый интерес представляют анаэробные процессы брожения с выделением горючих газов: а) метановое и водородное брожение белков (Апшерон, Грозный, Нафталан), причем в чистой культуре выделены возбудитель водородного брожения белков (Биби-Эйбат) и метанового броже­ ния (Грозный, Нафталан); возбудитель обнаружен и почти очи­ щен от примеси других микробов; б) метановое брожение молоч­ ной кислоты (Грозный,1Нафталан и Бинагады) и др. Следова­ тельно, в нефтяной микрофлоре найдены возбудители брожения, происходящего с выделением горючих газов при распаде веществ как животного, так и растительного происхождения, а также промежуточных продуктов распада тех и других. В составе газов определены СН4, Н, СяН2я, С02, N и О, т. е. газы нефтяных место­ рождений и грязевых вулканов. Возбудителями являются па­ лочки разной величины со спорой на конце, так называемые барабанные палочки.

22* 339