Гипотезы неорганического происхождения нефти

Гипотезы  неорганического происхождения  нефти

Основные  вехи в длительном процессе научного разрешения вопроса о происхождении  нефти были намечены русскими учёными. Впервые в 1763 М. В. Ломоносов высказал предположение о происхождении  нефти из растительных остатков, подвергшихся обугливанию и давлению в земных слоях. Эти идеи Ломоносова далеко опередили научную мысль того времени, искавшую источники нефти среди неживой природы.

В 1805 г. знаменитый немецкий естествоиспытатель Александр  фон Гумбольдт высказал предположение, что нефть образуется на больших  глубинах в магматических породах. Он наблюдал, как нефть сочилась из таких пород в Южной Америке, Венесуэле. В 1866 г. французский химик Пьер Бертло обнаружил, что газ ацетилен (ненасыщенный углеводород) при низких температурах может переходить в тяжёлые углеводороды. На этом основании он сделал вывод о том, что так образовались углеводородные соединения метеоритов и что, по-видимому, подобное происхождение имеют углеводороды на других планетах.

В 1866 французский  химик М. Бертло высказал предположение, что нефть образуется в недрах Земли при воздействии углекислоты на щелочные металлы. В 1871 французский химик Г. Биассон выступил с идеей о происхождении нефти путём взаимодействия воды, CO2, H2S с раскалённым железом.

В 1889 В. Д. Соколов изложил гипотезу космического происхождения нефти. По этой гипотезе исходным материалом для возникновения  нефти служили углеводороды, содержавшиеся  в газовой оболочке Земли ещё  во время её звёздного состояния. По мере остывания Земли углеводороды поглотились расплавленной магмой. Затем, с формированием земной коры, углеводороды проникли в осадочные  породы в газообразном состоянии, конденсировались и образовали нефти.

Д. И. Менделеев, разделявший вначале представление  об органическом происхождении, склонялся  к мысли о происхождении её в результате реакций, идущих на больших глубинах, при высоких температурах и давлениях, между карбидом (углеродистым железом) и водой, просачивающейся с поверхности земли. Гипотеза Менделеева о происхождении нефти из неорганического вещества теперь имеет лишь исторический интерес. Теории происхождения нефти более чем достаточно, и все они имеют место существовать. Проблема происхождения нефти перекликается с нерешенными вопросами происхождения нашей планеты, жизни на Земле, которая имеет те же фактические и философские корни. Так же есть одна теория, которая связывает органическое и неорганическое происхождение нефти.

Гипотеза органического происхождения нефти

 М.В.  Ломоносов одним из первых  обратил внимание на проблему  происхождения нефти. Сначала  он высказывался за её неорганическое  происхождение, однако позднее изменил своё мнение. В 1763 г. в знаменитом труде «О слоях земных» М.В. Ломоносов писал о нефти так: «Между тем выгоняется подземным жаром из приуготовляющихся каменных углей оная бурая и чёрная масляная материя и выступает в разные расселины и полости сухие и влажные, водами наполненные...» Поскольку считалось, что угли произошли из растительных остатков, то и нефти также приписывалось растительное происхождение. Фактически с этой работы Ломоносова отсчитывает свою историю гипотеза органического происхождения нефти и горючих газов.

 В  недрах школы «органиков» бушевали  подчас неуёмные страсти. Например, шёл горячий спор о том, каким  было исходное вещество — растительного или животного происхождения? Победили, в конце концов, те, кто утверждал: «И растения, и животные». Другим предметом ожесточённых споров было место залегания нефти. Одни считали, что нефтяная залежь находится там, куда упали органические остатки. Сторонники противоположной точки зрения утверждали, что нефть зародилась в одном месте, а скопилась — в другом. Эта гипотеза победила.

 Концепция  органического происхождения нефти  опирается, в частности, на то, что практически все известные скопления нефти и природного газа находятся в толщах осадочных пород. Отсюда был сделан вывод: нефть образуется по мере накопления осадков.

 Учёные  обратили внимание также и  на то, что нефть и природный  газ есть далеко не везде,  а скапливаются только в определённых  пластах осадочных пород, которые имеют поры или пронизаны трещинами. При этом нередко одни нефтегазоносные пласты отделены от других мощными толщами непроницаемых для жидкостей и газов пород (например, глины, соли).

 В  осадочных породах всегда содержится  очень незначительное количество органического вещества (всего 0,2—0,9%). Изучение его состава показало, что оно состоит из веществ, напоминающих жироподобные вещества, содержащиеся в остатках растений на дне морей. А по своему молекулярному строению похоже на соединения, входящие в состав нефти. Благодаря этому некоторые учёные считают доказанной возможность образования углеводородов нефти из липоидов, белков и углеводов, которые входили в состав животных организмов.

 В начале XX в. геологи и химики широко обсуждали выдвинутую Г. Потонье «сапропелевую» гипотезу происхождении нефти. Сапропель — это перегнивший ил на дне озёр и лагун, обогащенный остатками водорослей и животных. В 1919 г. академик Н.Д. Зелинский произвёл двойную перегонку сапропеля из озера Балхаш. В результате он получил бензин, керосин и тяжёлые масла.

 В  1921 г. японскому учёному Кобаяси удалось получить искусственную нефть при перегонке жира рыб без давления, но в присутствии катализатора — ускорителя реакции. Подобные опыты были проведены и другими исследователями. Это натолкнуло их на мысль, что такими катализаторами в природных условиях могут быть глины, содержащие вещества-катализаторы, и что в глинистых толщах рассеянное органическое вещество превращается в нефть. Поэтому такие глинистые толщи получили название «нефтепроиз-водящие», или «нефтематеринские».

 По  мнению современных сторонников  органической гипотезы, образование нефти происходит следующим образом. Остатки растений и животных в огромном количестве выпадают на дно морей и озёр, где они накапливаются в илах. Затем илы перекрываются новыми слоями, уплотняются и превращаются в осадочную породу. При этом органические остатки разлагаются бактериями. Образуются большое количество метана, углекислый газ, вода и немного жидких и твёрдых углеводородов.

 Лабораторными  экспериментами установлено, что  превращение органического вещества в нефть лучше всего протекает при температуре 100— 200° С. Такая температура характерна для глубин 4—6 км, которые некоторые исследователи называют главной зоной нефтеобразования. А глубины с большей температурой считаются главной зоной газообразования.

 По  мере погружения и уплотнения  рассеянная нефть вместе с  газом выжимается из илов в залегающие выше пористые породы. В новой пористой среде она приобретает свойства «настоящей» нефти. Далее нефть медленно перемещается по порам и трещинам вверх, где при благоприятных условиях формируются скопления — залежи нефти и газа.

Понятие о нефтегазоматеринских отложениях

Нефтегазоматеринские породы – осадочные породы, способные в определённых геологических условиях выделять свободные углеводородные флюиды, образованные в процессе диа- и катагенетических преобразований заключённого в них рассеянного органического вещества.

Hефтегазоматеринские породы отличаются концентрацией органического вещества и геохимическими условиями формирования. Породы c содержанием OB до 0,2%, сформировавшиеся в окислительных и субокислительных условиях седименто- и диагенеза, не являются нефтегазоматеринскими. Малопродуктивными нефтегазоматеринскими породами могут быть почти все литологические типы пород слабовосстановительной и восстановительной геохимической фаций; высоко-продуктивными нефтематеринскими породами - глинистые, глинисто-карбонатные и карбонатно-глинистые породы восстановительных геохимических фаций; газоматеринскими - глинистые, алеврито-глинистые и глинисто-алевритовые породы слабовосстановительных и восстановительных фаций.

B одних  и тех же условиях сапропелевое OB генерирует в 2-3 раза больше  жидких углеводородов, чем гумусовое,  преимущественно генерирующее метан и его низшие гомологи. По доминирующему типу OB породы подразделяют на нефтематеринские, содержащие OB преимущественно сапропелевого и гумусово-сапропелевого типов, и газоматеринские c сапропелево-гумусовым и гумусовым OB. По степени реализации генерации и эмиграции возможностей выделяют: потенциально нефтегазоносные (где генерация углеводородов не сопровождается значительной эмиграцией), нефтегазопроизводящие (генерация и значительная эмиграция флюидов), нефтегазопроизводившие (генерационные и эмиграционные возможности исчерпаны). Реализация генерационных способностей сапропелевого OB и эмиграция нефтеподобных флюидов из нефтегазоматеринской породы завершается при более мягких термобарических условиях, чем процесс генерации газообразных углеводородов в гумусовом OB. Признаками вступления пород в главную зону нефтеобразования (стадия мезокатагенеза c t от 60-80 до 160-170В°C) служат: появление в них следов отделения от генерирующего OB и перераспределение в поровом пространстве нефтегазоматеринских пород битумоидов, разброс значений битумоидных коэффициентов, повышение верхнего предела их величины, сдвиг в составе битумоидов в сторону усиления сходства c нефтью и ряд других признаков. Показателями активности генерационных и эмиграционных процессов в нефтегазоматеринских породах являются также катагенетические трансформации состава OB и его керогеновой части. Кол-во выделившихся из объёмной единицы материнской породы нефтегазовых флюидов определяется типом, кол-вом, составом, глубиной и направленностью преобразования заключённого в них OB.

B условиях  главной зоны нефтеобразования из нефтематеринских пород выделяется жидких углеводородов до 200 кг/т OB; из газоматеринских - на порядок меньше.

По удельной продуктивности жидких углеводородов материнские породы подразделяют на очень бедные - до 50 г/м3, бедные - до 100 г/м3, средние - до 250 г/м3, богатые - до 500, очень богатые - до 2500 г/м3, уникальные - до 20 000 г/м3.

Фации и формации благоприятные  для образования нефтегазоматеринских отложений

Понятие «фация» впервые появилось в  геологии около 300 лет назад в  работах датского ученого Н. Стено. Слово фация происходит от латинского fades (лицо, облик).

По определению  А. Гресли, JI. Б. Рухина, Г. Ф. Крашенинникова и других исследователей под фацией понимается комплекс отложений, отличающихся составом и физико-географическими условиями образования от смежных отложений того же стратиграфического интервала.

Иное  представление о фациях у Д. В. Наливкина, понимающего под фацией те физико-географические условия, в которых образовались породы.

В отдельных  случаях термин «фация» используется для обозначения некоторых частных  особенностей строения горных пород  или среды осадконакопления. Так, Л. В. Пустоваловым в 1933 г. было введено понятие об ископаемых геохимических фациях, т. е. пластах, на всем протяжении обладающих одинаковой изначальной геохимической характеристикой, возникшей в процессе образования слагающих их пород. Примерами геохимических фаций морского генезиса являются сероводородная, глауконитовая и другие фации, континентального — латеритная фация, фация углей и т. д.

Учение  о геохимических фациях было развито  в трудах Е. А. Ферсмана, Г. И. Теодоровича  и ряда других исследователей. Г. И. Теодорович в основу выделения геохимических  фаций положил характерные сингенетичные минералы, являющиеся индикаторами реакции среды и ее окислительно-восстановительного потенциала.

Термин  «геохимические фации» целесообразно  применять в тех случаях, когда  нужно показать различия в геохимических  условиях среды при накоплении одновозрастных отложений.

Одной из задач фациального анализа в  нефтегазовой геологии является установление и прослеживание по площади и  разрезу отложений, накопившихся в условиях, благоприятных для нефтеобразования. Среди отложений морского генезиса максимально благоприятны умеренно глубоководные и глубоководные глинистые и карбонатные образования, накопившиеся при господстве ярко выраженных восстановительных условий на глубинах от 100 до 3000 м. Из образований переходного типа (от морских к континентальным) относительно благоприятными считаются отложения лагун, лиманов, в меньшей степени дельт, из континентальных — озерные и болотные осадки.

Понятие «формация» впервые введено в геологию А. Г. Вернером (1761 г.). Первоначально под формацией понимались комплексы пород, сходные по составу и положению в разрезе. Впоследствии учение о формациях разрабатывалось русским геологом Ю. В. Саймоновым, швейцарцем Э. Реневье, французом Э. Огом. В нашей стране учение о формациях развивалось A. А. Борисяком, В. А. Обручевым, в более поздние годы — B. В. Белоусовым, Н. Б. Вассоевичем, Д. В. Наливкиным, В. И. Поповым, JI. Б. Рухиным, Н. М. Страховым, П. П. Тимофеевым, В. Е. Хаиным, Н. П. Херасковым, Н. С. Шатским и др.

В современной  трактовке термина «формация» наметились два основных направления. Одно из них наиболее четко выражено в работах В. В. Белоусова, В. Е. Хаина и Д. В. Наливкина, где подчеркивается генетическая сущность термина формация. При этом В. В. Белоусовым и В. Е. Хаиным развивается тектонический аспект этого понятия. Так, по В. В. Белоусову, к формации следует относить комплекс фаций, соответствующих определенной стадии геотектонического цикла. По В. Е. Хаину, понятие формации должно отвечать в палеотектоническом смысле определенным стадиям, этапам развития основных типов крупных элементов земной коры, в палеогеографическом смысле — целым бассейнам осадконакопления или крупным естественным их частям (Н. М. Страхов), в хроностратиграфическом смысле — периодам и эпохам. Д. В. Наливкин же под формацией понимает крупнейшие-палеографические единицы и выделяет формацию море и формацию континент.