» » Возможные пути образования углеводородов, входящих в состав нефтяных систем

Возможные пути образования углеводородов, входящих в состав нефтяных систем

06.08.2016

Итак, в первой части книги мы всесторонне изучили вопросы органического происхождения нефти, начиная от геохимии углерода и водорода, состава органического вещества пород и особенностей генерации нефти и газа на различных стадиях катагенеза. Особое внимание уделили унаследованности углеводородных структур, входящих в состав нефтей от исходного органического вещества пород. Вспомнили физико-химические свойства и состав нефтей, природных газов и газовых конденсатов. Убедились, что по распределению индивидуальных углеводородов нефти представляют собой строгую нефтяную систему и эта система унаследована от рассеянной в осадочных породах микронефти. Рассмотрели некоторые современные аналитические методы их изучения и примеры их практического применения. Этот комплекс исследований в настоящее время широко используется при оценке перспектив нефтегазоносности различных территорий в нашей стране и за рубежом и лежит в основе разработки стратегии поисково-разведочных работ на нефть и газ.
Теперь пришла пора поговорить об одной из наиболее сложных проблем, стоящей перед геологами-нефтяниками - имеются ли в природе иные источники и условия для генерации углеводородов.
Важность этих исследований наиболее четко сформулирована во втором издании книги «Учение о нефти», опубликованном в 1937 г. Иваном Михайловичем Губкиным. Он написал: «...Теоретическое значение вопроса о происхождении нефти состоит в том, что правильное его разрешение даст нам истинное представление о протекавших в земной коре процессах, в результате которых возникла нефть... только тогда мы будем знать, каким образом в земной коре образуются залежи... получим надежное указание, в каких местах нам искать нефть и как надлежит наиболее целесообразно организовать ее разведку,..».
Для того чтобы понять насколько важно решение этой проблемы, приведем конкретный пример. Еще в недалеком прошлом оставалось загадкой, как сформировались гигантские скопления нефти и газа в одном из богатейших нефтегазоносных районов мира - странах Персидского залива, на территории которых только доказанные (А+В и частично Cl) запасы нефти превышают 100 млрд т, не говоря о геологических. Естественно, всеми современными методами были выявлены и изучены нефтематеринские отложения осадочного бассейна, а также проведены расчеты их генерационного потенциала. Оказалось, что органическое вещество не могло образовать столько нефти. Сторонники неорганического происхождения нефти утверждали: углеводороды поступили из мантии Земли. Окончательно решить эту проблему геологи-нефтяники смогли с помощью привлечения последних достижений из смежных наук, в частности, тектоники литосферных плит.
Этому способствовали результаты исследований многих ученых, среди которых следует отметить Д. Вильсона, В.П. Гаврилова, У. Дикенсона, А.Н. Дмитриевского, К.А. Клещева, Е.В. Кучерука, А. Перродона, О.Г. Coрохтина, CA. Ушакова, В.Е. Хайна, X. Хатберга, B.C. Шейна и др. Известно, что взаимодействие литосферных плит при встречном движении в зоне конвергенции (от лат. convergo - приближение) приводит к многообразным тектоническим процессам, проникающим глубоко в мантию. Важнейшие из них - это субдукция (от лат, sub - под и ductio - ведение: subductio-букв. -подведение) и коллизия (от лат. convergo - столкновение).
Субдукция развивается в зоне конвергенции, где сходятся континентальная и океанская литосферы. В этом случае происходит надвигание континента или островной дуги на дно океана и более тяжелая океанская плита уходит под континентальную и погружается в мантию. Коллизия возникает там, где происходит столкновение двух континентальных плит.
Суть этого процесса заключается в следующем. В результате тектонических процессов осадочные породы как бы затягиваются в зону поддвига магматических пород и оказываются на больших глубинах в весьма жестких термобарических условиях. Происходит термолиз органического вещества, заключенного в осадочных породах, и возгонка образующихся углеводородов. При этом в условиях высоких температур снижается капиллярное взаимодействие нефти со стенками пор, и создаются облегченные условия для эмиграции нефти из нефтематеринских отложений. Такой путь образования углеводородов В.П. Гаврилов назвал «геодинамической моделью нефтегазообразования в литосфере», а новые идеи, связанные с этой моделью - мобилистскими. Как показали многочисленные исследования, территория, расположенная в районе Персидского залива, как раз и находится в зоне субдукции, в результате чего здесь произошла концентрация огромных запасов нефти. Таким образом, перед геологами-нефтяниками открылись принципиально новые возможности для разработки методики поисков скоплений нефти и газа на территориях, бесперспективных по классическим меркам. Практические результаты не заставили долго ждать. Ho сначала немного истории. В США в штате Вайоминг есть обширная территория района Скалистых гор, названная «кладбищем нефтяных скважин». Там их в общей сложности было пробурено более 500. Ho все они оказались пустыми. На глубине около 3000 м нефтяники постоянно входили в переплавленные магматические или сильно метаморфизованные породы и прекращали бурение. Лишь в середине XX века была высказана идея о тектонике литосферных плит. Начались планомерные специальные геофизические исследования и в этом районе была выявлена поднадвиговая зона. После принятия решения заложить здесь глубокую поисковую скважину было открыто нефтяное месторождение Пайнвью с запасами извлекаемой нефти более 18,3 млн т. Чуть позднее в этом же районе была пробурена другая скважина, которая на глубине 1888 м вошла в граниты докембрийского фундамента. Бурение продолжали. На глубине 2700 м скважина вошла... в осадочные породы мелового возраста, а на глубине 5500 м было открыто крупное газовое месторождение. На начало 1981 г. в пределах только пояса надвигов Кордильер выявленные первоначальные запасы нефти (2,1 млрд т) и газа (2,8 трлн м3) составляли чуть менее 50 % от всех текущих доказанных запасов нефти и газа в стране. Впоследствии были открыты нефтяные и газовые скопления в Уачитском и Аппалачском надвиговых поясах и др.
Каким образом в таких случаях происходит генерация нефти и газа, показано в известной и очень интересной монографии О.Г. Сорохтина и CA. Ушакова «Развитие Земли», которая есть практически во всех библиотеках и Интернете, Схема приведена нами на рис. 7.1.
Возможные пути образования углеводородов, входящих в состав нефтяных систем

Особой заслугой О.Г. Сорохтина является то, что механизм образования и накопления углеводородов в теле островных дуг и окраин континентов в зонах конвергенции при поддвигании под них океанических плит и перекрывающих их пелагических осадков, он подкрепил соответствующими расчетами объема генерируемых углеводородов.
Ежегодно в таких районах образуется около 5 млн т углеводородов. Таким образом, за 500-600 млн лет, то есть за время существования на Земле высокоорганизованной жизни (в фанерозое) теоретически могло образоваться не менее 2,5*10в15 т нефти и газа. А это почти в тысячу раз больше, чем, например, общих мировых запасов углеводородов, выявленных на начало 70-х годов прошлого века!
Следует отметить, что изучение особенностей пространственного размещения скоплений нефти и газа показывает, что практически 80 % всех мировых запасов нефти и газа приурочены к существовавшим в те или иные геологические эпохи зонам поддвига плит (рис. 7.2).
Таким образом, образование нефти и газа из органического вещества пород может происходить двумя путями. Первый путь распространен повсеместно. Этот процесс мы подробно изучили в первой части этой книги: органическое вещество накапливается на стадии диагенеза осадков, и, затем, попадая в зону катагенеза, генерирует нефть и газ.
Второй путь связан не только с традиционным процессом нефтегазообразования. Он прослеживается только в зонах конвергенции при встречном движении литосферных плит, когда скопления углеводородов формируются за счет генерации нефти и газа из органического вещества в результате процессов катагенеза, а также из органического вещества пород, затянутых в зоны высоких температур в результате субдкуционных процессов. В этом случае интенсивность нефтегазообразования очень высока.
Возможные пути образования углеводородов, входящих в состав нефтяных систем

По данным О.Г. Сорохтина, при наличии фронтального карниза островной дуги шириной 100-120 км и длине береговой линии шельфа континентальной окраины всего около 1000 км, а также суммарной мощности осадков 15-17 км, из зон поддвига плит в сторону краевого прогиба может мигрировать несколько сот миллиардов тонн углеводородов.
Такие процессы реализовались в районе Персидского залива при надвигании Загросской островной дуги на край Аравийской платформы, а также в других регионах.
Следует особо отметить, что возможность затягивания осадочных пород в зоны поддвига сначала была обоснована теоретически, а уже потом доказана бурением. К сожалению, чаще происходит наоборот, когда наука вынуждена подводить теоретическую базу под явления, выявленные практикой.
Именно так развивались события, связанные с открытием уникальных зон нефтегазонакопления в гранитоидах интрузивов в пределах шельфа Вьетнама.
Здесь в 1988 г. в фундаменте было обнаружено уникальное скопление нефти Белый Тигр, где вскрытый этаж нефтеносности в гранитоиде интрузива превышает 1600 м, при дебитах в ряде скважин более 2000 т в сутки. Дело в том, что до открытия этого месторождения считалось, что породы фундамента, за исключением его коры выветривания, являются монолитом и не содержат коллекторов и, соответственно, каких-либо значительных скоплений углеводородов. В связи с этим, нефтепроявления и даже локальные скопления нефти в породах фундамента рассматривались как исключительное явление и не привлекали внимание геологов-нефтяников, за исключением, пожалуй, сторонников абиогенного происхождения нефти. Открытие зон нефтегазонакоплений в гранитоидах интрузивов, содержащих значительные запасы нефти, поставило перед геологами нефтяниками необходимость решения двух проблем. Первая, как сформировались эти зоны нефтегазонакоплений и за счет каких источников поступления углеводородов. И вторая, благодаря каким механизмам формируются коллекторы в кристаллических породах фундамента. Последнее - очень важный вопрос, так как стало очевидным, что породы фундамента - принципиально новый высокоперспективный объект прироста ресурсов углеводородов. Поэтому результаты решения этих проблем имеют для нас принципиальное значение.
В связи с этим, на существующих предположениях об источниках формирования скоплений нефти в гранитоидах интрузивов мы остановимся в этом разделе, а о механизмах образования зон пустотности в магматических породах поговорим в следующей главе, когда будем рассматривать горные породы, как природные вместилища нефти и газа.
Прежде всего, отметим, что до сих пор единого мнения по вопросу об источниках углеводородов в гранитоидах интрузивов месторождения Белый Тигр нет. Так, например, по мнению Вьетнамских специалистов, скопления нефти здесь сформировались благодаря миграции углеводородов из нижнеолигоценовых осадочных пород, прилегающих к выступам гранитного фундамента.
Исследования В.П. Гаврилова и др. показали, что эта зона нефтегазонакопления сформировалась благодаря миграции нефти из зоны субдукции.
Базируясь на исследованиях О.Г. Сорохтина, который детально изучил механизм образования в тылу островной дуги вторичной рифтовой зоны и спрединга задугового бассейна, создана геодинамическая модель вторичного спрединга.
Схема механизма образования вторичной рифтовой зоны в тылу островной дуги и спрединг дна задугового бассейна показана на рис. 7.3.
Возможные пути образования углеводородов, входящих в состав нефтяных систем

Из рисунка следует, что при опускании литосферных плит в мантию в тылу островных дуг возникают напряжения растяжения, благодаря которым вдоль оперяющих зону поддвига разломов может произойти отодвигание тела островной дуги от тыловых частей островодужной плиты. Поэтому в тылу такой дуги образуется вторичная рифтовая зона. Причем раздвигание этих зон компенсирует отодвигание островной дуги в сторону пододвигаемой океанической плиты (рис. 7.3, б). Здесь следует отметить, что избыточное давление островной дуги на пододвигаемую плиту при высоте равной или более 20 км, значительно превышает прочность пород пододвигаемой зоны на сдвиг. Поэтому она деформирует ее и постепенно отодвигает зону поддвига в сторону океана. Перемещению океанической литосферы в сторону поддвига плит сопутствует перемещение пелагических осадков.
Пелагические осадки, попавшие в зазор между трущимися плитами, за счет диссипации энергии вязкого трения постепенно разогреваются и могут начинать подплавляться.
В результате их вязкость уменьшается на много порядков и значительно сокращается мощность осадков, способных сохраняться на больших глубинах. По этой причине, типичные осадки с плотностью меньшей, чем плотность литосферы, не затягиваются в зоны поддвига на глубины больше, чем 20-30 км. В расплавленном состоянии они выжимаются по разломам вверх, внедряясь в тело островодужных структур или активных окраин континентов над такими зонами субдукции в виде мигматитовых гранитогнейсовых куполов или гранитоидных батолитов (рис. 7.4, 7.5, 7.6).
Возможные пути образования углеводородов, входящих в состав нефтяных систем

По данным В. П. Гаврилова, А.Д. Дзюбло, В. В. Поспелова и О.А. Шнипа породы фундамента месторождения представляют собой субмеридиальный вытянутый горстообразный выступ, размером 22x6 км, ограниченный разломами. Он перекрыт осадочными образованиями с прослоями вулканогенных пород. Интересным фактом в строении гранитоидов интрузивов месторождения Белый Тигр является то, что в его минералах имеются запечатанные включения, вакуоли, размерами в среднем 0,01-0,10 мм, образованные газовожидкими флюидами. Обычно такие включения образованы водой с хлоридами, бикарбонатами, сульфатами и другими подобными компонентами. В образцах гранитов Белого Тигра эти включения содержат углеводороды состава C1-C6, в меньшей степени водород, гелий, СО+СО2. Углеводородные включения содержат также цеолиты, которые из-за развитой системы полостей могут служить своеобразным резервуаром газообразных и, возможно, жидких углеводородов. «Ситовой» эффект этих минералов обусловливает их избирательную способность адсорбировать те компоненты углеводородов, размер молекул которых не превышает размера «окон», то есть нормальные алканы (C1-C6).
Возможные пути образования углеводородов, входящих в состав нефтяных систем

Были проведены специальные исследования жидкостей и углеводородных газов в пузырьках, капсулированных в образцах гранитов месторождений Белый Тигр и Дракон. В них под руководством В.Д. Нартикоева (ВНИИгеоинформсистем) выделялись и анализировались лишь флюиды закрытых пустот, которые можно было получить только при механическом разрушении образца в условиях глубокого вакуума. Эти флюиды кап-сулированы в капиллярах, каналах роста минералов, пустотах специфических минеральных структур в виде обособленных включений (вакуолей). Во включениях зафиксировано сравнительно высокое содержание УB-газов состава C2-C6 и выше. Так, в граните, поднятом с глубины 4584,1 м (скв. 442 Белый Тигр), содержание C4H10 достигало 11,6, С5Н12 - 11,2, C6H14 -11,9 см3/кг породы. Все это указывает на то, что первоисточником YB могли быть осадочные породы, как участвовавшие в перекристаллизации, так и затягивавшиеся в зоны субдукции. Возникал своеобразный водоминеральный поток, насыщенный, в том числе и углеводородами, которые могли быть захвачены и капсулированы в вакуолях гранитизировавшихся пород. Проведенный комплекс исследований позволил сделать вывод о том, что кроме поступления углеводородов из зон субдукции в формировании скоплений нефти в фундаменте шельфовой зоны Вьетнама могли участвовать и сами интрузивы. На основе этого было высказано предположение о том, что в период формирования «гранитного» слоя за счет гранитизации первично-осадочных толщ происходил процесс трансформации рассеянного OB в УВ нефтяного ряда. В условиях жесткого термобарического режима генерировались легкие УВ-фракции, которые и составили основу нефтяной залежи в фундаменте месторождений Белый Тигр, Дракон и др.
Возможные пути образования углеводородов, входящих в состав нефтяных систем

Кроме того, УВ-флюиды, возгонявшиеся вверх из зон поддвига вместе с водоминеральными потоками, при изменении термобарических условий «оседали» в магматических породах. По трещинам, разломам и т.д. жидкие углеводороды из фундамента могли проникать в нижнеолигоценовые отложения, где смешивались с «родной» нефтью этого комплекса.
На рис. 7.7 представлен концептуальный геологический профиль через южный шельф Вьетнама, а на рис. 7.8 - схемы формирования скоплений углеводородов в гранитоидах интрузивов месторождения Белый Тигр.
Таким образом, исследования процессов формирования скоплений углеводородов в зонах субдукции вселяют большой оптимизм, так как в результате удалось выявить новые источники энергии преобразования органического вещества и намного расширить наши представления о процессах нефтегазообразования. Это позволяет включить в практику поисково-разведочных работ принципиально новый объект - породы фундамента, а также надеяться на неисчерпаемость запасов углеводородов в недрах.
Возможные пути образования углеводородов, входящих в состав нефтяных систем

А теперь давайте рассмотрим и другие наиболее интересные направления исследований в области органического происхождения нефти, а также расскажем об идеях образования углеводородов неорганическим путем. Ho, как всегда, начнем с идей, высказанных нашими далекими предшественниками.
Первые предположения о происхождении нефти дошли до нас из записей древнегреческого ученого - геолога, географа, историка и философа Страбона (I век до н.э). Среди его многочисленных научных исследований сошлемся на его 17-томный труд «География», в котором он рассказывает, в том числе, о геологическом строении различных территорий и высказывает идею о происхождении нефти.
В частности он описал выбросы грязевого вулкана: «....есть место под названием Нимфей... это... скала, извергающая огонь, а под ней текут источники теплой воды и асфальта (нефти), вероятно от сгорания асфальтовых глыб под землей...», Страбон ошибся, он принял выбросы грязевого вулкана за извержение настоящего вулкана, а в этом регионе настоящих вулканов никогда не было. Его ошибку легко понять. Для тех, кто никогда не наблюдал это потрясающего зрелища, в двух словах расскажем: извержения крупных грязевых вулканов часто сопровождаются подземными толчками и оглушительными взрывами под землей и в воздухе... Над землей возникают горящие столбы газа высотой иногда в сотни метров. Все это сопровождается мощными выбросами грязевулканической брекчии....
Идея об органическом происхождении нефти возникла в первой половине XVIII века и принадлежит М.В. Ломоносову. В своем трактате «О слоях земных» он писал: «...лежачие леса под землею»... «возгоняются подземным жаром...» и дают «...горный воск, горное масло, нефть...».
К сожалению, в то время еще не существовало аналитических методов, чтобы экспериментально обосновать эту гениальную идею. Только почти через сто лет в середине XIX века английский химик Ч. Гадчетт изучил и доказал сходство элементного состава природных битумов, животных жиров и растительных масел, а также установил закономерное уменьшение содержания водорода в ряду жидкие - твердые битумы. Так возникло новое направление в геологии — геохимия нефти.
Возможные пути образования углеводородов, входящих в состав нефтяных систем

В 1863 г. американскому ученому Винчелу удалось четко сформулировать понятие о нефтематеринских свитах, как о месте образования нефти, а в 1888 г. немецкие ученые Г. Гефер и К. Энглер при перегонке рыбьего жира получили предельные и непредельные углеводороды, парафин и масла.
В 1918 г. академик Н.Д. Зелинский поставил эксперименты с реальным продуктом преобразования органического вещества. Он подверг перегонке органический ил (сапропель) из озера Балхаш и... получил большинство типичных составляющих нефти: метановые, нафтеновые и ароматические углеводороды, а также смолисто-асфальтеновые вещества.
Так сформировалась гипотеза органического происхождения нефти: теоретическое предположение (идея) → эксперименты → гипотеза.
В начале XIX века немецкий ученый А. Гумбольт, изучая извержение уже настоящего вулкана - Везувия - обнаружил в продуктах его деятельности углеводороды и впервые четко сформулировал предположение о неорганическом происхождении нефти: «Мы не можем сомневаться, что нефть представляет собой продукт перегонки на громадных глубинах...».
Эта идея достаточно скоро была подтверждена экспериментально. В 1860-1866 гг. французский химик М. Бертло синтезировал утлеводороды из неорганических веществ.
В 1876 г. Д.И. Менделеев обработал чугун соляной кислотой и получил бурую пахнущую нефтью жидкость. Этот результат лег в основу идеи о минеральном образовании нефти, которую он назвал карбидной гипотезой.
Суть ее сводится к тому, что вода по разломам проникает в глубокие недра Земли. Там она вступает в реакцию с углеродистыми карбидами металлов. В результате происходят реакции с образованием углеводородов:
FeC + 4Н2О = 2Fe(OH)2 + CH4;
2Fe2C + 6Н2О = 2Fe2Os + C2H4 + 4Н2;
2Fe2C + 6Н2О = 2Fe2О3 + C2H6 + 3Н2.
Таким образом, предположение о минеральном происхождении нефти также нашло экспериментальное подтверждение. Так кто же был прав?
Ho не успели ученые разобраться в этих вопросах и принять какое-то определенное решение, как появилась еще одна новая идея о происхождении нефти. В 1889 г. известный геолог В.Д. Соколов высказал мнение, что уже на этапе формирования планеты Земля из космоса поступали углеводороды, которые впоследствии выделялись из магмы и по трещинам и разломам поступали в земную кору, формируя их скопления.
Идея о возможности поступления углеводородов из космоса не лишена смысла. Благодаря развитию высокоточных астрофизических и других методов исследований состава планет и их атмосфер, звезд, межзвездных молекулярных и ионных облаков, комет, метеоритов, межпланетных пылевых частиц и т.д. известно о повсеместном распространении углеводородов во Вселенной. Имеются тысячи примеров присутствия соединений углерода с водородом в составе космических объектов. Чтобы не быть голословными, приведем несколько относительно новых данных. Так, например, австралийские астрономы на расстоянии 30 тыс. световых лет от Земли обнаружили огромное межзвездное облако, состоящее из аминокислот и белка.
На официальном сайте НАСА 2 и 16 августа 2010 было опубликовано, что космический аппарат «Кассини» нашел на спутнике Сатурна Титане озера, содержащие углеводороды. Специалисты утверждают, что нефти (в нашем привычном понимании) там нет, так как в составе жидкости этих озер отсутствуют предельные углеводороды с длинной цепочкой, но есть метан, этан и очень много сложной органики в твердом состоянии.
По мнению сотрудника МФТИ и Института космических исследований Александра Родина, климатическая система Титана очень богата, и если брать аналогию с нашей Землей, то, если мы заменим на Земле воду метаном, то получим то, что есть на Титане. Это высказывание А. Родина опубликовано на сайте «Наука 21 век».
Интенсивно продолжаются исследования в области распространения и изучения состава полициклических ароматических углеводородов (ПАУ) в космосе (надеемся, что вы еще помните, что ПАУ - это углеводороды, содержащие в молекуле два или более бензольных кольца). По данным Федерального космического агентства (Роскосмос, 05.08.2010), сотрудники Научно-исследовательского центра Эймас (США) составили объемную базу данных, содержащую около 700 спектров ПАУ в нейтральном и заряженном состоянии, что теперь значительно упрощает расшифровку результатов инфракрасного излучения космических объектов. Более детально об этих работах вы можете прочитать на официальных сайтах Роскосмоса и НАСА, а также в журнале The Astrophysical Journal Suppliment Serits.
По данным отдела науки Би-би-си (март, 2010) космический зонд с индийского космического модуля «Чандраян-1», во время нахождения на лунной орбите в районе северного полюса Луны обнаружил плотные образования льда и на его поверхности углеводороды, в частности этилен. Образование этих углеводородов могло произойти благодаря столкновению Луны с кометами и астероидами, а также в результате химических реакций в частицах космической пыли под воздействием супернизких температур (журнал Geophysical Research Letters, США).
Ну и последний пример, который на первый взгляд непосредственно не касается образования углеводородов, но в будущем может быть объяснит, почему органическое вещество содержится в горных породах Земли, имеющих возраст 3,8-4,5 миллиарда лет, то есть по сути прольет свет на причины возникновения жизни на Земле.
Относительно недавно, с помощью новейших аналитических методов были повторно проведены детальные исследования метеорита Мурчисон (Murchison), который упал в Австралии в 1969 году, В результате выяснилось, что обнаруженные ранее в составе метеорита урацил и ксантин имеют внеземное происхождение (раньше ученые полагали, что они были случайно привнесены в образцы в процессе анализов). Важность этого вывода заключается в том, что эти азотистые основания являются предшественниками молекул нуклеиновых кислот - ДНК и РНК - носителей генетического кода. Кроме этого на Мурчисоне были обнаружены окаменевшие остатки, которые, по мнению некоторых исследователей, являются примитивными микроорганизмами. По свидетельству сотрудника Имперского колледжа Лондона Зиты Мартинс (Zita Martins) этот факт может иметь огромное значение для понимания зарождения жизни на Земле, которая могла возникнуть благодаря уже созданным в космосе внеземным шаблонам (журнал Earth and Planetary Science Letters).
Только из этих примеров следует, что химическая эволюция органических соединений во Вселенной распространена повсеместно и поэтому не могла обойти и нашу планету.
К началу 60-х годов прошлого века четко сформировались две непримиримые гипотезы образования нефти и газа — органическая и минеральная (неорганическая). Их приверженцы, крупнейшие ученые с мировыми именами, отстаивали только свою точку зрения, не признавая доводы оппонентов. Наиболее ярко это проявилось в 1967 г. на Всесоюзном Совещании по генезису нефти. Все доклады и выступления советских и зарубежных ученых были опубликованы в сборнике «Генезис нефти и газа» и до сих пор эта красная книга (по цвету обложки), содержащая несколько сотен страниц текста, не потеряла своей актуальности и представляет огромный интерес для геологов-нефтяников. Советуем, найдите ее в библиотеке.
В этот период, благодаря широкому распространению высокоэффективных методов аналитических исследований были получены многочисленные данные о молекулярном составе органического вещества пород и углеводородных флюидов. Благодаря этому в геологии нефти и газа сформировалось принципиально новое научное направление - молекулярная геохимия. Произошел прорыв в решении проблемы генезиса нефти, и органическая гипотеза, подтвержденная во всем мире фактическими данными, в частности унаследовательностью современного состава нефти от исходного органического вещества, стала теорией. Однако поиски альтернативных источников энергии преобразования органического вещества пород, продолжались и продолжаются до сих пор.
Приведем наиболее интересные результаты этих исследований. В 60-70-х годах прошлого века профессор Томского политехнического института А.А. Воробьев провел эксперименты, которые подтвердили теорию Жоржа Дари о том, что под Землей «бушуют подземные грозы», порождая землетрясения. Этим грозам предшествует выделение озона в зонах разломов и генерация радиоволн, которые могут быть зафиксированы, а по их интенсивности можно прогнозировать сильные подвижки земной коры. Кроме этого, в результате электрических разрядов в породах образуются частицы плазмы, которые обладают высокой химической активностью и способствуют возникновению химических реакции, которые не могут протекать в обычных условиях. По мнению А.А. Воробьева под влиянием электрических разрядов метан, выделившийся из органического вещества, теряет некоторую часть водорода с образованием различных углеводородных радикалов, которые хаотично соединяются друг с другом и образуют углеводороды, входящие в состав нефти. Источником возникновения «подземных гроз» могут служить места трения контакта горных пород при их взаимном передвижении при тектонических процессах. К сожалению, с уходом А.А. Воробьева эти исследования были прекращены. Однако его идея нашла последователей, но несколько в видоизмененном виде.
Так в конце 70-х годов прошлого века Ю.А. Пецюха с помощью петрографических, петрохимических и битуминологических методов изучил огромное количество образцов керна, отобранных из одних и из тех же скважин буквально в нескольких сантиметрах друг от друга. Эти исследования показали, что замеры отражательной способности витринита в различных частях даже одного и того же образца могут значительно отличаться друт от друга, а в случае наличия зеркал скольжения отражательная способность витринита бывает почти на порядок выше, чем в остальных замерах. На основании проведенных исследований автор сделал однозначный вывод, что в подобных образцах мог происходить высокотемпературный крекинг органического вещества, сопровождавшийся интенсивным образованием углеводородов.
По мнению Ю.А. Пецюхи ежедневно в мире происходят тысячи малоамплитудных тектонических подвижек и землетрясений, сопровождающихся микро- и макродеформацией горных пород и, соответственно, генерацией углеводородов из органического вещества пород на любых глубинах, в том числе и в настоящее время.
Почти одновременно Н.В, Черский, В.П. Царев и С.В. Николаев, Н.Н. Соловьев и др. также связали возможность реализации нефтегазового потенциала органического вещества пород с упругими, пластическими и разрывными деформациями горных пород в напряженных зонах земной коры. Эти исследователи пришли к выводу, что при тектоно-динамическом напряжении механическая энергия преобразуется в тепловую и электрическую, что приводит к разуплотнению пород и возникновению термокаталитического преобразования органического вещества и образованию углеводородов. Учитывая, что генерация углеводородов сопровождается увеличением межмолекулярных расстояний в системе органическое вещество - образовавшийся флюид, этот процесс создает аномально высокие давления, что также вызывает выделение тепла и увеличение напряженности в породе и, соответственно, способствует усилению интенсивности процесса образования нефти и газа.
По мнению Н.В. Черского и др. тектонодинамический эффект сопоставим с результатами воздействия катагенетических факторов на органическое вещество пород, но не зависит от глубины погружения и может проявляться на любых глубинах, что намного расширяет перспективы нефте-газоносности верхних горизонтов земной коры и объясняет причины восполнения углеводородов в истощенных добычей залежах.
По мнению некоторых ученых образование углеводородов из органического вещества пород может быть также связано с прорывом нагретых флюидов из глубинных зон Земли. Известный ученый, профессор МГУ Б.А. Соколов, высказал идею о том, что образование углеводородов и формирование их скоплений контролируется двумя основными процессами: литогенезом и флюидогенезом. При литогенезе происходит изменение физико-химических свойств минералов и органического вещества пород при их погружении, В зоне катагенеза породы дефлюидизируются, то есть происходит потеря ими воды, жидких и газообразных углеводородов. Расчеты, проведенные этим исследователем, показали, что из 1 м3 глин кроме углеводородов освобождается до 350 л воды. Эти флюиды, образующиеся на низкотемпературной литогенетической стадии, Б.А. Соколов объединил понятием «углеводородных растворов». Попадая на большие глубины, эти растворы, обладая высокой энергоемкостью, под воздействием высоких температур разогреваются и увеличиваются в объеме. Создаются аномально-высокие давления, под воздействием которых растворы прорываются в вышезалегающие пласты и дополнительно прогревают осадочную толщу, тем самым обеспечивая усиление процесса реализации нефтегазового потенциала пород.
Таким образом, Б.А. Соколову удалось подойти к процессу нефтегазообразования с позиций общих законов трансформации горных пород и органического вещества, которые происходят при их погружении с ростом температуры и давления. Здесь необходимо отметить, что геолого-геофизическими исследованиями уже давно установлена тектоно-петрологическая расслоенность литосферы и верхней мантии, характеризующаяся чередованием зон уплотнения и разуплотнения. В осадочном чехле зоны разуплотнения являются вместилищами природных углеводородных растворов, а также расплавов и растворов, поступающих из мантии, которые являются переносчиками тепловой энергии. Флюиды, насыщающие зоны разуплотнения, разогреваются, что приводит к значительному увеличению их объема и формированию своеобразной «гидравлической подушки», которая приподнимает вышележащие слои пород, а при избыточном давлении их разрывает. Таким образом, происходит перемещение одних блоков земной коры относительно друг друга в вертикальном и горизонтальном направлениях, сопровождающееся значительным повышением пластовой температуры в верхних частях литосферы за счет внедрения перегретых флюидов из глубоких горизонтов земной коры и мантии.
Этот механизм объясняет не только наличие дополнительного источника энергии для реализации процессов нефтегазообразования, но и такие общеизвестные процессы, как сейсмичность, соляно-купольный диапиризм, грязевой вулканизм, вулканическую и магматическую деятельность, алмазоносные трубки взрыва, гидротермальное рудообразование, наличие гидротермальных источников и многое другое.
Как полагает Б.А. Соколов, на всех уровнях разреза стратисферы скопления углеводородов могут формироваться за счет различных нефтегазопродуцирующих толщ, особенно в интервале глубин от 1 до 3 км, где по данным Г.А. Габриэлянца сконцентрировано более 90 % всех выявленных запасов УВ (рис. 7.9).
Возможные пути образования углеводородов, входящих в состав нефтяных систем

По мнению Б.А. Соколова очаги генерации углеводородов для этого интервала глубин могут находиться на глубине от 2 до 10 км и более. В целом, эта модель формирования скоплений углеводородов предусматривает две основных стадии. Первая стадия - литогенетическая, при которой происходит длительное и устойчивое погружение нефтегазоматеринских толщ, содержащих органическое вещество пород, в зону катагенеза и генерация углеводородов. Вторая стадия - флюидодинамическая. В этот период происходит мощный прорыв углеводородных растворов в верхние горизонты земной коры. Эта стадия приводит к очень быстрому формированию, переформированию и деформированию скоплений углеводородов. Иными словами, важнейшим фактором, обеспечивающим наиболее полную реализацию нефтегазоматеринского потенциала пород, являются тепловые потоки, образующиеся за счет дефлюидизации, в том числе и мантийных диапиров.
Очень наглядная схема этих процессов была опубликована Б.А. Соколовым в Соросовском образовательном журнале (№ 9, 1998). Приведем ее без изменений (рис. 7.10).
Возможные пути образования углеводородов, входящих в состав нефтяных систем

Как утверждает автор, нефтегазообразование представляет собой универсальный само развивающийся процесс, закономерно сопровождающий существование и развитие осадочных бассейнов. Причем, формирование скоплений углеводородов в верхнем интервале разреза во всех типах осадочных бассейнов имеет универсальный характер.
Чрезвычайно важные исследования в области генезиса нефти проводятся в Институте проблем нефти и газа РАН под руководством директора, академика А.Н. Дмитриевского. Это институт, пожалуй, единственный научный центр в мире, где «под одной крышей» работают исследователи, придерживающиеся принципиально различных взглядов на проблему происхождения нефти, а также разрабатывающие полигенные концепции.
Среди них следует отметить разработки А.А. Баренбаума, существенно дополняющие органическую теорию образования нефти. В своих исследованиях он опирается на парадигму В.И. Вернадского, который писал: «...Часть вещества биосферы, может быть большая, неземного происхождения, попадает на Землю извне, из космических пространств...».
В.И. Вернадский полагал, что в эпохи кометных бомбардировок на Землю выпадает огромная масса космического материала, включая углерод, который усваивается живыми организмами и впоследствии включается в глобальный круговорот углерода на нашей планете.
С учетом исследований В.И. Вернадского, впоследствии развитой В.А. Успенским (об этом мы подробно уже говорили), была разработана новая схема круговорота углерода, с учетом его поступлений из космического пространства. В основу схемы были положены представления, высказанные В.П. Гавриловым в его книге «Происхождение нефти». Генерация нефти и газа происходит как за счет преобразования органического вещества, так и минеральным (неорганическим) путем. Нефть представляет собой полигенную смесь углеводородов, образующихся в результате поликонденсационных реакций синтеза углеводородов на природных катализаторах в глубоких недрах Земли, а также за счет экстрагирования подземными флюидами углеводородов, образовавшихся из органического вещества, преобразованного на стадиях диагенеза и катагенеза (рис. 7.11).
На рис. 7.11 стрелка слева вверху обозначает состав основных газов, поступающих на Землю с кометами. Учитывая, что Землю покидают только самые легкие газы - водород и гелий, отток углерода обратно в космос на схеме не показан.
Возможные пути образования углеводородов, входящих в состав нефтяных систем

На схеме выделены три взаимодействующих цикла циркуляции углерода - биосферный, длительностью 10в3 лет и два литосферных, длительностью соответственно 10в6 и 10в9 лет. Каждый из них состоит из нескольких относительно автономных подсистем. Подсистемы биосферного цикла - это атмосфера, живое вещество, Мировой океан и современные осадки. Подсистемы литосферного цикла - это породы земной коры и вещество верхней мантии. Длительность этих циклов существенно отличается друг от друга и атмосферного цикла. Поверхность Земли в этом круговороте углерода играет роль геохимического барьера. Над этим барьером углерод циркулирует в основном в окисленном виде в составе CO2, а также в составе живого вещества. А под поверхностью Земли - в литосфере - в восстановленной форме в виде нефти и газа, которые обособляются и образуют скопления.
Связь между различными циклами (см. рис. 7.11) показана толстыми вертикальными стрелками. Различная длина этих стрелок соответствует дисбалансу восходящего и нисходящего потоков углерода. Так, например, в осадках океанов и континентов углерода накапливается около (2/6)*10в14 г, а из недр его выводится (1/5)*10в-15 г/год. В литосферу попадает окисленный углерод, состоящий приблизительно на две трети из карбонатов и на одну треть из отмершей органики, а обратно в атмосферу поступает восстановленный углерод в виде метана и его гомологов.
В упрощенном виде схему можно представить следующем образом. На нисходящей ветви круговорота углерода углеводороды образуются согласно современным представлениям об органическом происхождении нефти. На восходящей ветви углеводороды образуются в результате химических реакций в мантии Земли,
О первых исследованиях в области минеральной и космической гипотез образования нефти мы уже рассказали. Теперь давайте кратко остановимся на некоторых исследованиях, проведенных в этих областях в относительно недалеком прошлом и в настоящее время.
Целенаправленные исследования в области неорганического происхождения нефти начались в 50-х годах прошлого века. В это время Н.А. Кудрявцев обобщил практически все имеющиеся в то время геологические данные по размещению нефтяных и газовых скоплений и обратил внимание на то, что подавляющее большинство из них тяготеют к глубинным разломам, что может являться косвенным признаком поступления углеводородов из глубоких недр Земли. Однако с позиций органической теории происхождения нефти, приуроченность скоплений нефти к глубинным разломам связана с тем, что в связи с максимальными подвижками земной коры, здесь создаются наиболее благоприятные условия для возникновения складчатости осадочных пород и, соответственно, образования ловушек для накопления углеводородов.
Кроме этого, он обратил внимание на то, что глобально все выявленные скопления нефти и газа распределяются по всему разрезу осадочного чехла, а также в фундаменте, причем иногда в гранитах имеются битумные скопления при полном отсутствии осадочных образований.
Так, например, в США в штате Вайоминг жители в качестве топлива используют асфальт, который добывают из трещин в гранитах соседних Медных гор. Учитывая, что в гранитах нефть образоваться не может, единственный путь ее концентрации в трещинах массива - глубинные разломы, а место образования - мантия Земли. На возможность мантийного происхождения нефти указывали также различные факты, например, наличие углеводородов в кимберлитовых трубках, в которых происходит синтез алмазов, а также присутствие углеводородов в выбросах вулканов и др.
Обобщив все имеющиеся у него фактические материалы, Н.А. Кудрявцев выдвинул свою гипотезу абиогенного происхождения нефти. По мнению Н.А. Кудрявцева, Земля образовалась из космического пылевого облака, которое уже содержало углеводороды. Под воздействием сверхвысоких температур, достигающих нескольких тысяч градусов в глубинных частях Земли, они распались на водород и углеводородные радикалы (метин, метилен и метил). Эти углеводородные радикалы в зависимости от термобарических условий в определенной последовательности выделяются из магмы вместе с водородом и затем в более холодных частях земной коры вступают в реакции полимеризации и преобразуются в углеводороды нефти. Благодаря глубинным разломам, углеводороды совместно с ювенильными водами поступают в осадочный чехол и формируют скопления.
В.Б. Порфирьев придерживался несколько иного взгляда на образование нефти. Он полагал, что нефть образуется в подкорковых зонах одновременно с другими минеральными веществами, входящими в состав Земли. По глубинным разломам она поступает в осадочный чехол и при наличии ловушек формирует скопления или выливается на поверхность Земли и, преобразуясь, образует скопления высоковязкой нефти и битумов.
Иной путь минерального происхождения нефти обосновал П.Н. Кропоткин. По его мнению, углеводороды поступают в осадочный чехол в результате дегазации магмы. Известно, что земная кора и верхняя мантия подразделяются на две геосферы. Верхняя геосфера (оксисфера), в зависимости от геологического строения конкретной территории, может достигать глубины более 10 км. Нижняя часть геосферы (редуктосфера) совместно с верхней мантией простирается на глубины до 150 км. Эта зона характеризуется восстановительными условиями и содержит водород, метан и его гомологи, окись углерода, сероводород, азот, гелий, пары воды и др.
По мнению П.Н. Кропоткина, формирование скоплений нефти и газа происходит благодаря глубинной дегазации мантии путем прорыва флюидов по разломам в осадочный чехол.
Эта идея получила широкое признание среди сторонников неорганического образования нефти и легла в основу исследований многих ученых. Среди них следует отметить Б.М. Валяева, В.А. Краюшкина, Р.Х. Муслимова и других.
Различные представления о неорганическом генезисе углеводородов во второй половине XX века интенсивно развивались благодаря усилиям Г.Е. Бойко, Н.С. Бескровного, Т. Голда, И.В. Гринберга, Г.Н. Доленко, В.В. Колодия, В.Ф. Линецкого, И.А. Петерсилье, Э.Б. Чекалюка и др.
Приоритет в изучении неорганического синтеза углеводородов принадлежит Э.Б. Чекалюку. В 1969 г. он провел эксперимент, в котором подверг смесь природных минералов - кварц, кальцит, вюстит (FeO), а также воду давлению до 70 кбар при температуре 1100-1700 °C и в продуктах реакции обнаружил углеводороды до C6H14. Однако из-за несовершенства аппаратуры количественный состав смеси определить не удалось, и поэтому эксперименты были не воспроизводимыми. Большой вклад в решение этой проблемы принадлежит и зарубежным ученым. В частности, в 1999 г. группа китайских исследователей завершила работу по изучению превращений биотита, исландского шпата, оливина, сидерита и других природных минералов при температуре 800-1500 °C и давлении 15 кбар, В результате были получены такие органические соединения как метан, этан и этен.
Различные опыты по возможному образованию углеводородов в условиях, соответствующих мантии Земли, проводились в США (Скотт и соавторы), Японии и других странах.
Следует отметить работы в области искусственного создания соединений углерода с водородом с использованием ультрасовременной аппаратуры и оригинальных методик. Так, в Геофизической лаборатории Института Карнеги (США, Вашингтон) А. Колесников, В.Г. Кучеров и А.Ф. Гончаров поместили метан между двумя алмазными «наковальнями» и с помощью лазера искусственно создали обстановку, соответствующую условиям в земной мантии. При давлении около 20 тыс. атм и температуре 700-1500 °C метан превратился... в этан, пропан, бутан, молекулярный водород и графит.
Представляет большой интерес тот факт, что углеводородные компоненты были обнаружены в кимберлитовых трубках. Так, например, исследования внутреннего строения кристаллов (Melton, 1974, Geargini, 1975) выявили в некоторых алмазах наличие самых разнообразных газообразных продуктов, в частности паров воды, CO, CO2, O2, N, H2, C2H5OH, C3H6 и др. Авторы сделали предположение «...о возможном росте кристаллов алмазов в процессе реакций, протекающих в газово-твердой среде...»
Углеводороды были получены и при искусственном синтезе алмазов. Так, например, по данным Федорова с соавторами (1992) при воздействии на навески графита и воды температур в 1300 и 1640 °C и давления 25 и 40 кбар с использованием аппарата «разрезная сфера» были синтезированы углеводороды, причем при быстром охлаждении (200 К/с) образовались легкие углеводороды (CH4, C2H2, C2H4 и C3H8), а при медленном - тяжелые углеводороды, которых не было в закаленных образцах.
По образному выражению академика B.C. Соболева: «...кимберлитовые трубки - это природные скважины, которые позволяют заглянуть вглубь Земли до 500 километров, тогда как самая глубокая скважина, пробуренная человеком, всего 12 километров».
По мнению некоторых исследователей, синтез углеводородов в мантии происходит путем восстановления CO2 или карбонатов в присутствии воды и наличия железа в недоокисленном состоянии (Fe, FeO, Fe3O4), которое необходимо для образования водорода.
Таким образом, в глубоких недрах Земли происходит образование газообразных углеводородов и это не вызывает сомнений.
Что же касается образования нефти, то доказательств, что из мантии поступают углеводороды, характеризующие нефть как углеводородную систему, и распределение углеводородов в этой системе унаследовано не от микронефти, а от продуктов дегазации магмы до сих пор не существует.
Нет конкретных ответов на многие другие вопросы. Так, например, с позиций неорганической гипотезы образования нефти невозможно объяснить даже такого простейшего факта, который, кстати, мы привели в первой части этой книги, как наличие различных генетических типов нефтей в кембрийских и триасовых отложениях многопластовых месторождений Алжирской Сахары и т.д.
Пока не существует четкого понимания механизма образования нефти абиогенным путем и, соответственно, нефтегазопоисковых критериев, идея о минеральном образовании нефти не имеет практического применения и остается только интересной и перспективной гипотезой.
И поэтому на сегодняшний день геологи-нефтяники имеют в своем распоряжении только одну научно обоснованную теорию происхождения нефти - органическую. И, главное, надежные и опробованные практикой геолого-геохимические критерии проведения поисково-разведочных работ на нефть и газ.