ПРОИСХОЖДЕНИЕ НЕФТИ И ПРИРОДНОГО ГОРЮЧЕГО ГАЗА
СУЩНОСТЬ И ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ
ПРОИСХОЖДЕНИЯ НЕФТИ И ГАЗА
Нефть и её производные используются людьми в течение многих тысяч лет, а представления о происхождении нефти развиваются два тысячелетия, беря начало от умозрительных версий античных ученых Витрувия и Страбона.
В первой половине 18 века появилась гипотеза об органическом происхождении нефти. Впервые её высказал М.В. Ломоносов в работе «О слоях земных» (1733), а затем - немецкий ученый И. Генкель и французский ученый Б. де Молье. М.В. Ломоносов за исходное вещество нефти принимал каменный уголь, а И. Генкель и Б. де Молье - погребённые остатки растений и животных. В начале XIX века немецкий ученый А. Гумбольт предложил первую гипотезу о глубинном неорганическом происхождении нефти. Таким образом, к концу XIX века чётко сформировалось два подхода к решению данной проблемы: органический и неорганический, которые уже тогда имели различные варианты.
Интенсивное развитие нефтяной промышленности в первой половине ХХ века показало, что проблема происхождения нефти имеет не только теоретическое, но и большое практическое значение. Знание геологических и геохимических условий образования нефти и газа необходимо для определения перспективно нефтегазоносных территорий и комплексов пород. Оно также необходимо для оценки ресурсов нефти и газа на Земле и обоснования методологии и методики поисков месторождений углеводородного сырья.
Сложность проблемы происхождения нефти и газа связана и с их специфическим свойством – способностью мигрировать в земной коре вместе с пластовыми водами. О месте рождения нефти и газа можно судить только по косвенным признакам. На этом основании А.А. Бакиров и его последователи совершенно справедливо называют выявленные месторождения УВ местоскоплениями. Подводя итоги разработки проблемы происхождения нефти и газа Ю.И. Пиковский [19] отметил, что весь ХХ век геологи вели интенсивные исследования в этой области, но в конце нашего столетия, как и на его пороге, существуют две различные концепции – органическая и неорганическая. При этом сторонники этих концепций убеждены в том, что проблема решена однозначно.
Гипотезы неорганического происхождения нефти
Возможность образования УВ путём минерального синтеза доказал впервые французский химик М. Бертело. В 1860 году он синтезировал ацетилен (С2Н2) путём реакций щелочных металлов с углекислотой и водой. Лабораторные исследования в этом направлении проводили в это же время А. Биассон (1866) и С. Клоэц (1878).
В 1877 году Д.И. Менделеев предложил «карбидную гипотезу», которая стала широко известной. По его мнению, вода проникает глубоко в недра по разломам и вступает в реакцию с карбидом железа. При этом образуются предельные и непредельные углеводороды по схеме: 2FeC + 3H2O = Fe2O3 + C2H6, которые также по разломам поднимаются в породы-коллекторы. Свои предположения Д.И. Менделеев обосновал лабораторными исследованиями. При взаимодействии карбидов металлов с водой в опытах наблюдалось образование жидких углеводородов.
В 1889 году В.Д. Соколов разработал космический вариант неорганической гипотезы. На основании установленного им факта присутствия УВ в метеоритах и хвостах комет В.Д. Соколов предположил возможность их поглощения магмой во время образования Земли, а впоследствии, при её охлаждении, УВ по зонам разломов проникли в стратисферу. Таким образом, нефть по этой гипотезе является продуктом превращения первичных УВ космоса, попавших на Землю вместе с другой космической материей.
Ю. Кост и Э. Штеберг предложили вулканический вариант гипотезы образования нефти, по которому УВ образуются в магме и затем поднимаются по разломам в верхние горизонты земной коры.
В 30-х годах ХХ века эти гипотезы подверглись значительной критике со стороны академика И.М. Губкина – основоположника теории органического происхождения нефти. Однако он допускал, что «небольшие, не имеющие практического значения скопления нефти могли иметь и неорганическое происхождение, возникая в результате небольших выделений её из магмы».
В середине ХХ века были получены убедительные геологические и геохимические доказательства органического происхождения нефти, которые хорошо объясняли формирование подавляющего большинства нефтяных месторождений Земли. Однако, к этому же времени были получены данные о достаточно широком присутствии в оболочках ряда планет и в газовых облаках межзвёздной среды различных углеродистых соединений, в том числе и углеводородов, а также данные о наличии в метеоритах аминокислот, УВ, порфиринов и других органических соединений. На этом основании в России и зарубежом вновь стали развиваться варианты гипотез космического (Н.А. Кудрявцев, В.Б. Порфирьев, Ф. Хойль) и магматического (П.Н. Кропоткин) синтеза УВ.
В.Б. Порфирьев (1967) предположил, что нефть, находящаяся в подкоровых зонах образовалась одновременно с другими минеральными веществами, вошедшими в состав Земли. Из подкоровых зон она поступает по глубинным разломам в осадочную оболочку Земли (стратисферу) и при наличии ловушек образует залежи.
Н.А. Кудрявцев (1973) также связал формирование залежей нефти и газа с разломами, а образование УВ видел как результат взаимодействия радикалов СН (метина), СН2 (метилена), СН3 (метила), которые выделяются из мантии Земли в определённой последовательности, в зависимости от термобарических условий. В верхних зонах литосферы, где температура понижается, начинает выделяться уже метан. Углеводородные радикалы легко вступают в реакции полимеризации и образуют различные углеводороды в верхних частях земной коры. По его предположению Земля образовалась из космического пылевого облака, которое содержало УВ. Под действием температур в несколько тысяч градусов в глубинных зонах Земли они распались на УВ радикалы и водород.
П.Н. Кропоткин (1985) считал, что УВ поступают в осадочную оболочку в результате дегазации мантии. Часть земной коры, лежащая ниже зоны гипергенеза (оксисферы) совместно с верхней мантией до глубины 150 км, называемая редуктосферой, характеризуется восстановительными условиями и содержит много водорода, метана и других УВ, а также паров воды, окиси углерода, сероводорода, азота и гелия. Дегазация мантии путем прорыва этих газов по разломам в стратисферу является по П.Н. Кропоткину причиной образования скоплений газа, газоконденсата и нефти.
На большие масштабы выделения глубинных ювенильных газов – азота, метана и гелия обратил внимание ещё В.И. Вернадский, образно назвав этот процесс «дыханием Земли». На этом основании американский исследователь Т. Голд выдвинул идею, связывающую метановую дегазацию мантии и земной коры с сейсмической активностью Земли. Землетрясения возбуждают дегазацию и создают пути миграции для газов. По его предположению на глубинах до 15 км осадочные и кристаллические породы содержат УВ и, прежде всего, метан мантийного происхождения в таком количестве, что их достаточно для обеспечения населения Земли в течение тысячелетий.
Представления о неорганическом синтезе УВ развивали во второй половине ХХ века многие ученые России и Украины: Г.Е. Бойко, К.Н. Волоссович, И.В. Гринберг, Г.Н. Доленко, Л.Н. Капченко, В.В. Колодий, А.И. Кравцов, В.Ф. Линецкий, И.А. Петерсилье, Ю.Ф. Степаник, Э.Б. Чекалюк и другие. При этом были получены лабораторные данные о том, что метан может полимеризоваться в тяжелые УВ при каталитическом воздействии силикатов, окислов железа и никеля, которые содержатся в горных породах. Эти же данные показали, что синтез УВ возможен из оксида и диоксида углерода и водорода в различных условиях в присутствии пород катализаторов по следующим реакциям:
СО + 3Н2 = СН4 + Н2О,
СО2 + 4Н2 = СН4 + 2Н2О,
2СО2 + 3Н2О + FeО = С2Н6 + 7Fе2О3.
Бурение глубоких и сверхглубоких скважин, в частности Тюменской дают основание предполагать глубинные эманации (истечения) метана в осадочный чехол (Т.В. Белоконь,1998).
Основные факты, подтверждающие возможность неорганического синтеза УВ по мнению сторонников этой концепции следующие (по Н.С. Бескровному):
1. Наличие органических соединений, в том числе УВ и оптически активных веществ в космической материи.
2. Результаты термодинамических исследований, указывающие на возможность существования метана в условиях мантии Земли при температурах до 1300-1500 0С и низкой летучести кислорода.
3. Наличие углеродистых соединений, а также водорода, оксида углерода, спиртов, метана и некоторых, более сложных УВ в продуктах магматизма мантийного происхождения, продуктах дифференциации и горячей дегазации мантии, а также в гидротермальных системах современного и древнего вулканизма.
4. Существование углеводородной дегазации вещества мантии, проявляющейся в «холодных» немагматических условиях, например водородная и метаново-водородная дегазация в сквозных проницаемых зонах типа сейсмоактивного глубинного сбросо-сдвига Сан-Андреас в Калифорнии.
5. Наличие запасов и ресурсов нефти и газа в осадочно-породных бассейнах, имеющих генетическую связь с грабенами, глубинными разломами и глубокопогруженными краями литосферных плит, которые ограничены сейсмоактивными геодинамическими поясами.
6. Существование парагенезиса эндогенной средне- и низкотемпературной рудной минерализации (полиметаллов, ртути, урана и других) с непромышленными проявлениями УВ на складчатой периферии бассейнов, а также повышенное содержание металлов в скоплениях нефти, залегающих внутри осадочных бассейнов.
7. Распространение нефти и газа по разрезу нефтегазоносных регионов до фундамента включительно (закономерность Н.А. Кудрявцева).
8. Молодой неогеново-четвертичный возраст залежей природного газа и преимущественно кайнозойский возраст залежей нефти древних платформ, не согласующийся с возрастом вмещающих пород и другие.