Происхождение нефти

07.11.2020

Нефть — горючее ископаемое, состоящее из сложной смеси, главным образом углеводородов, с примесью органических кислородных, сернистых и азотистых соединений. Обычно нефть представляет собой маслянистую жидкость красно коричневого, иногда почти черного цвета, но встречается слабоокрашенная в желто-зеленый цвет и даже бесцветная нефть.

Нефть известна человечеству с древнейших времен. Раскопками на берег. Евфрата установлено существование нефтяного промысла за 6000—4000 лет до н. е. В то время нефть применяли в качестве топлива, а нефтяные битумы — в строительном и дорожном деле. Нефть была известна и древнему Египту, где она применялась для бальзамирования покойников. Плутарх и Диоскорид упоминают о нефти как о топливе, применявшемся в древней Греции. Около 2000 лет тому назад было известно о ее залежах в Cypaxaнax около Баку. К XVI в. относится сообщение о «горючей воде густе», привезенной с Ухты в Москву при Борисе Годунове.

В промышленных масштабах нефть начала добываться в 60-х годах прошлого столетия (с 1850 г.) и за истекшее время мировая добыча се возросла с 69 до 1304 млн.т.

Высокий рост потребления нефти объясняется прежде всего высокой эффективностью се использования в качестве источника энергии. В связи с этим между капиталистическими странами началась ожесточенная борьба за овладение нефтяными месторождениями. Это так называемая «нефтяная горячка» охватила весь капиталистический мир.

Империалисты стремятся овладеть «мировой нефтью», потому что вопрос о нефти есть жизненный вопрос. В этой области борьба между нефтяными компаниями Англии и Америки идет смертельная. Год за годом Англия сдает свои позиции, Америка проникает в «нефтяные заповедники» Англии и вытесняет ее из них. Нo не всегда это протекает гладко и спокойно, так как у «нефтяных заповедников» к крайнему неудовольствию английских и американских империалистов оказались настоящие хозяева — народы этих стран.

Нефть принадлежит к той немногочисленной группе полезных ископаемых, вопрос о происхождении которых до настоящего времени не решен.

Для объяснения происхождения нефти было предложено большое количество различных гипотез. Ho в общем все они разделяются на две категории: 1) гипотезы органического происхождения нефти и 2) гипотезы неорганического происхождения нефти.

Ни одну из высказанных гипотез, число которых чрезвычайно велико, нельзя считать доказанной. Поэтому мы рассмотрим только некоторые из них, которые представляют интерес или в отношении своей аргументации, или тем направлением исследований, которые в дальнейшем могут пролить свет на эту весьма сложную и до сих пор неразрешенною проблему.

Необходимость критической оценки существующих взглядов на происхождение нефти прежде всего требует решения вопроса о том, какие теории и гипотезы следует считать «современными». Многие высказывают спои мысли о том, как могла произойти нефть, но никто еще не показал, как же она произошла. Мало того, никто еще не сумел полностью опровергнуть взглядов своих противников. По этому следует допускать, что пока все основные направления мысли могут быть признаны современными и подлежат обсуждению, хотя автор настоящего учебника твердо убежден, что недалеко то время, когда и эта очень сложная научная проблема будет успешно решена.

Гипотезы органического происхождения нефти. Органические теории происхождения нефтяных углеводородов могут быть расчленены на четыре основных направления.

Первое заключается в том, что в процессе построения своих тел, клеточных оболочек, различных структурных элементов клетки растения и животные, в особенности микробы (как показали анализы Чибиола и Цинбеля), синтезируют углеводороды. Эти углеводороды могут быть разрушены микробами после отмирания организмов, но относительная скорость их расщепления меньше, чем для других компонентов. В анаэробных условиях, при общем недостатке кислорода, углеводородные соединения могут сохраняться, давая, таким образом, непосредственно материал для битумо- и нефтенакопления.

Однако количественное содержание углеводородов в организмах ничтожно мало. Следовательно, сопоставление количества имеющихся залежей нефти с теми количествами живой органики, которые необходимы для ее образования по этому пути, показывает, что вряд ли с этим процессом связаны скопления огромных залежей нефти.

Объяснение происхождения углеводородов из жиров — исторически наиболее ранний взгляд. Эта точка зрения впервые была выдвинута в 1888 г. немецким химиком Энглером и геологически обоснована Гефером и получила впоследствии название гипотезы Зиглера и Гефера.

Энглер, проводя лабораторные опыты по дистилляции животных жиров, в частности рыбьего жира (ворвани), при перегонке при температуре 320—400°С и давлении 10 атм получил нефтеподобные продукты (протопетролеум). Это и послужило основанием связывать происхождение нефти с жирами животных, сделавшихся жертвами массовой гибели. Сюда относятся рыбы, некоторые рептилии, фораминиферы и т. п. Возникновение различных типов нефтей авторы теории связывали с различием физических условий (температура, давление и др.) превращения жирового материала.

Основным недостатком теории Энгдера следует считать слишком высокие температуры, при которых могли бы сохраниться порфирины, гемины и другие малоустойчивые вещества. Кроме того, трудно доказать возможность такой массовой гибели животных в региональном масштабе и в различные эпохи геологической истории чтобы объяснить широкое развитие нефтеносных отложений. Скоплениями рыбы нельзя объяснить нефть в кембрийских и нижнесилурийских отложениях, где массовое нахождение рыб сомнительно. Фораминиферы как более распространенные массовые формы скорее могли бы дать подобные скопления. Однако известные фораминиферовые отложения (например, на Кавказе) не являются носителями промышленных скоплений нефти.

Таким образом, исходя из того, что региональное распространения нефтяных месторождений на земном шаре не согласуется с частотой катастроф, обусловливающих массовую гибель животных на огромных площадях нашей планеты, возможность образования нефти в известных в настоящее время месторождениях, с геологической точки зрения, следует считать маловероятной.

Теория Энглера и Гефера была поддержана Г.Л. Стадниковым, согласно воззрениям которого исходный сапропелевый или сапропелево-гумусовый материал в условиях бактериального разложения в солоновато-водных бассейнах превращался в так называемую «первичную нефть» — густую вязкую жидкость большого удельного веса. Происшедшие из сапропеля непредельные жирные кислоты медленно полимеризовались и под влиянием анаэробных бактерий частично превращались в углеводороды или кетоны. В общей массе жирных кислот растворяются как полученные дериваты, так и гуминовые вещества. Для превращения первичной нефти в природную нефть необходим приток углеводородных газов, которые гидрогенезируют полимеризаты первичной нефти. Эти газы, по мнению Г.Л. Стадникова, поступают с глубины (из недр земли), где пары воды, вследствие высокой температуры, могут разлагаться с выделением водорода.

Существенным недостатком гипотезы является необходимость допущения спорадического скопления больших масс растительности, что плохо вяжется с региональным распространением углеводородов и родственных им продуктов в природе.

Таким образом, некоторые исследователи, рассматривая вопрос о происхождении нефти, перекидывали мост через органический (биогенный) углерод к неорганическому (глубинному) водороду.

Гипотезу о происхождении углеводородов из азотистых веществ ранее других высказал Гехт, затем Траск и Патнод, позже она была поддержана Батуриным. Эти авторы связывали происхождение углеводородов с аккумуляцией значительных количеств азота в телах бактерий, где он находится главным образом в виде сложных белковых соединений, Подтверждение этой теории заключается в том, что главным компонентом современных морских осадков являются сложные азотистые соединения (протеины), которые после дезаминирования и декарбоксилирования могут образовать углеводороды.

По воззрениям Эиглсра к Гефера, поддержанным Стадниковым Г.Л., для воспроизведения всех необходимых реакций требуется присутствие большого количества свободного водорода, для образования которого авторы теории происхождения нефти из азотистых веществ не дают достоверной аргументации.

Появление водорода биологическим путем, как следствие разложения целлюлозы (C6H10O6) микроорганизмами, впервые пытался объяснить В.Б. Порфирьев. Он говорил о вероятном образовании углеводов. В настоящее время он отказался вообще от теории органического происхождения нефти, изложенной им в своем докладе на Всесоюзном совещании по проблеме происхождения нефти в 1958 г.

«Углеводной» теории в настоящее время придерживаются Хекфорд, Берль, О.А. Радченко, В.А. Успенский, И.А. Орлов, которые доказали возможность образования углеводородов из углеводов в лабораторных условиях. Установлена возможность превращения углеводов в нефтеподобные продукты при восстановлении их водородом. Исследования этих продуктов показали наличие в них парафиновых непредельных, полиметиленовых н ароматических углеводородов. В то же время ряд исследователей (Г.Л. Стадников. В.А. Соколов и др.) возражают против возможности таких превращений в природных условиях. По их мнению, углеводы в природных условиях разлагаются нацело до газообразных и легко растворимых в воде продуктов, которые не могут играть существенной роли в процессе нефтеобразования.

Мысль о растительном происхождении нефти была впервые высказана М.В. Ломоносовым, который в 1759 г. писал: «... возгоняется подземным жаром из приуготовливающихся каменных углей оная бурая и черная масляная материя и вступает в разные расселины и полости сухие и влажные водами наполненный подобно как при перегонке бывает такого масла собрание в приложенную в подставном стеклянном сосуде воду. И еще есть рождение жидких разного сорта горючих и сухих затверденных материн, какова суть каменное масло, жидовская смола, нефть, гагат и им подобное, которые хотя чистотою рознятся, однако из одного начала происходят».

K моменту издания труда И.М. Губкина «Учение о нефти» существовали следующие гипотезы растительного происхождения нефти: 1) из ископаемых углей (по М.И. Ломоносову); 2) и наземных растений (по Крэгу); 3) из морских водорослей и из морских растений (в частности, из эостери по К.П. Калицкому); 4) из диатомовых водорослей. Каждая из этих гипотез имеет свои достоинства и недостатки. Однако их общим недостатком является то, что они исключают присутствие животного материала в исходном для нефти органическом веществе. Такая изоляция животных и растительных организмов п процессе их жизни и последующем накоплении на дне бассейнов совершенно невероятна.

В 1932 г. И.М. Губкин предложил теорию смешанного растительно-животного происхождения нефти (первая мысль о растительно-животном происхождении нефти была высказана Г.М. Михайловским еще в 1906г.). Эта точка зрения, отчетливо сформулированная И.М. Губкиным, известна в качестве «теории нефтематеринских свит» или «сапропелитовой теории» происхождения нефти: «Итак, суть сапропелитовой теории состоит в том, что она за исходный материал считает сапропель или сапропелит смешанного растительно-животного происхождения, подвергающийся после своего отложения непрерывному процессу изменения, в результате которого сапропелевое вещество превращается в нефть».

По этой гипотезе основным исходным материалом для нефти был углеводородный материал (жиры, воски), а для углей — углеводный (клетчатка или целлюлоза).

Наиболее пригодным для образования нефти органическим веществом И. М. Губкин считал планктон, состоящий из свободноплавающих микроскопических фитоорганизмов и отчасти зооорганизмов (диатомен и др.), накапливающихся в огромных количествах в водных бассейнах и составляющих основную массу органического вещества — так называемого сапропеля. Средний состав органической части сапропеля определяется формулой С12H18О6 (55,8% — С; 7,0% — H, 37,2—О(N+S) при содержании органического вещества в сапропеле до 67%.

В зависимости от существующих условий преобразование органического вещества происходит в двух направлениях: в пресноводном или слабосолоноватоводном бассейне при некотором доступе кислорода органическое вещество превращается в богхеды или в угли смешанного происхождения, а в восстановительной обстановке — в нефтяные углеводороды. Определяя физико-географические условия происхождения нефти, И.М. Губкин указывает, что она образуется в областях древних мелководных морей, их заливах и прочих частях, на месте теперешних геосинклиналей или в краевых зонах этих геосинклиналей, примыкавших к геоантиклинальным поднятиям.

Накопившийся на дне бассейна органический материал претерпевает две стадии преобразования. В первой — биохимической — при содействии бактерий происходит разложение белковых веществ с образованием H2S, CH4, CO2, NH2 и других продуктов распада. В результате возникает органическое вещество кероген. Во второй стадия — геохимической, или динамохимической, — эти продукты под влиянием повышенных температур и давлений превращаются в нефть и газ. В дальнейшем, в результате давления вышележащих пластов и тектонических движений, нефть и вода выдавливаются из пород, в которых они образовались (из нефтематеринских пород) и более пористые породы (пески и песчаники), где, двигаясь вверх по восстанию пластов, нефть образует в имеющихся на ее пути ловушках промышленные скопления.

Для превращения органического вещества в нефть необходимо чтобы оно предварительно распалось на составные части. О причинах его распада еще нет единого мнения. Одни ученые считают, что распад органического вещества происходит под влиянием времени, повышенных температур и давлений, другие причиной распада считают радиоактивные излучения, связанные с некоторыми породами, третьи — деятельность бактерий.

Теория смешанного происхождения углеводородов признается большинством геологов-нефтяников.

Весьма оригинальной, на наш взгляд, является теория органического происхождения нефти, высказанная акад. Н.Д. Зелинским и развитая В.А. Соколовым. Эта теория по существу является окислительной теорией, хотя сами авторы не употребляют этого выражения. Речь идет о высказанной указанными авторами мысли о возможности получения нефтяных углеводородов из метана.

Акад. Н.Д. Зелинский писал: «He представляется ли поэтому несомненным связь с колоссальными запасами метана в недрах Земли в том именно смысле, что метан сам по себе может быть материнским веществом нефти>.

Акад. Н.Д. Зелинский и проф. В.А. Соколов предполагают, что первой ступенью нефтеобразовательного процесса служит полное разложение органического вещества до углекислоты и метана, количества которого в природе огромны. Образуясь в анаэробных условиях, метан является конечным продуктом восстановления атома углерода, и любое его дальнейшее превращение должно рассматриваться как окислительный процесс.

Проф. В.А. Соколов исходным продуктом для образования нефтяных углеводородов рассматривает органическое вещество, преобразующееся под действием радиоактивных излучений. Радиоактивные элементы (уран, радий и торий), содержащиеся в битуминозных породах, распадаются, испуская а-, в- и у- лучи; а-лучи представляют собой двигающиеся с большой скоростью ядра атомов гелия с двумя положительными зарядами. Под действием у-лучей происходит распад органического вещества. При распаде органического вещества образуются Н2, CO2, CO, CH4. Окись углерода (CO) под действием а- лучей в свою очередь разлагается на С и O и, соединяясь с водородом (H2), дает HCHO и CH4.

Осадочные породы содержат в себе обычно некоторое количество воды (H3O), которая под действием тех же у-лучей разлагается на водород и кислород (O2):
Происхождение нефти

Освободившийся кислород окисляет органическое вещество вплоть до образования CO2:

Углекислота, вступая в реакцию с освободившимся при разложении воды водородом (4Н3), образует метан (CH4):

Опытным путем установлено, что под радиоактивным воздействием метан способен полимеризоваться — усложнять свою молекулу — с образованном этана и выделением водорода:

Полимеризация не прекращается с образованием этана, а продолжается дальше. Таким образом, действие у-лучей на углеводороды, как газообразные, так и жидкие, приводит, по В.А. Соколову, к постепенному их превращению в более высокомолекулярные соединения с выделением водорода. При разложении метана а-лучами в качестве промежуточных продуктов получаются различные более тяжелые газообразные и жидкие углеводороды.

Проф. В.А. Соколов приводит расчет, показывающий возможность образования за один миллион лет 180 тыс. т нефти из 1 км3 породы удельного веса 2,0, содержащей 1% органического вещества и обладающей суммарной радиоактивностью, равной по урану 0,001%. Однако такие количества образовавшейся нефти, в свете известных запасов, даже по отдельным месторождениям очень малы и не имеют существенного значения. Так, например, из 1 км3 породы некоторых месторождений Апшеронского полуострова извлечено уже более 30 млн. т нефти, а добыча все еще продолжается.

Производя подсчет для месторождений Апшеронского полуострова, автор констатирует, что радиоактивным путем в продуктивной толще могло образоваться значительно менее 1% содержащейся в этих слоях нефти. При этом следует иметь в виду, что действие 1-лучей приводит к образованию главным образом высокомолекулярных твердых углеводородов.

«Таким образом, — отмечает в заключение В.А. Соколов, — действие радиоактивных элементов на твердые органические вещества осадочных пород, на воду и на метан при известных условиях играет значительную роль в нефтеобразовании.

Однако количество могущих образоваться таким путем нефтепродуктов зависит от целого ряда факторов, еще мало изученных в применении к условиям тех или иных нефтяных месторождений. В частности, и здесь, как и при других процессах образования углеводородов, большое значение имеют явления миграции.

Только при условии, что нефтяные углеводороды уходят из сферы реакции, можно ожидать их накопления в соответствующих коллекторах, иначе эти углеводороды в свою очередь разложатся, превратись в конце концов в углистый остаток и водород».

Теория акад. Н.Д. Зелинского и проф. В.А. Соколова занимает промежуточное место между органическими и неорганическими теориями. Она биотическая, потому что подразумевает участие живых существ в начале процесса, а ход дальнейших превращений приписывается фактором другого порядка. В этой теории остаются открытыми два вопроса: о количестве углекислоты, которое должно быть очень значительным, чего не наблюдается при метановом брожении органических веществ, и какова судьба окиси углерода.

Несмотря на эти незаконченные вопросы теория акад. Н.Д. Зелинского и проф. В.Л. Соколова затрагивает один из вероятных путей образования углеводородов.

В последнее время был подвергнут детальному изучению состав органических веществ морских илов. Работы В.В. Вебера, А.И. Горской, Смитта и других исследователей показали, что здесь встречаются углеводы, продукты изменения белков, а также другие соединения, среди которых имеются и вещества битуминозного характера. Из этих битумов были выделены углеводороды, имевшие большой молекулярный вес. Обнаружение этих углеводородов дало основание поддерживать гипотезу, согласна которой образование нефти происходит еще в илах или на ранней стадии образования к диагенеза осадков.

Большое значение обнаружению углеводородов в современных илах придает в своих последних работах Н.Б. Виссоевич, хотя он и не ставит знака равенства между углеводородами, синтезируемыми живым веществом, и рассеянной нефтью («микронефтью») в осадках и горных породах. Эти исходные углеводороды и «микронефть», по Н.Б. Вассоевичу, претерпевают еще изменения, переходя в капельножидкую нефть («микронефть»).

Особенно большое значение многие геологи придают проведенным в последнее время работам Смитта, который установил наличие парафиновых, нафтеновых и ароматических углеводородов а современных отложениях Мексиканского залива. В некоторых сообщениях об этих работах подчеркивается, что были определены в современных отложениях жидкие углеводороды. Термин «углеводороды», да еще к тому же «жидкие», производит на некоторых исследователей большое впечатление, и нахождение этих углеводородов рассматривается ими как нахождение нефти, как окончательное доказательство органической ее природы и как решение вопроса о ее происхождении.

В действительности исследования В.В. Вебера, Смитта. А.И. Горской и др., хотя и дают весьма интересный и важный материал о составе органического вещества современных отложений, однако отнюдь не решают вопроса происхождения нефти. Работы В.В. Beбера, А.И. Горской и других исследователей показали, что в образцах современных илов органическое их вещество содержит 3—17% «битумов». Содержанке углеводородов в этих битумах составляет в среднем около 13%. Иначе говоря, органическое вещество ила содержит примерно 0,4—2% углеводородов. Содержание углевода родов в пересчете на сухой осадок составляют в этом случае величины порядка 10в-2—10в-3%. Рассматривая полученные данные, необходимо отметить, что найденные углеводороды — это не нефть.

Как справедливо отмечает проф. В.А. Соколов, «считать найденные в современных отложениях углеводороды нефтью нельзя, так же как нельзя, например, считать нефтью углеводороды воска в пчелином улье, хотя этот воск содержит гораздо больше углеводородов, чем органическое вещество современных отложений».

В работе проф. В.А. Соколова «Процессы образования и миграции нефти и газа», опубликованной в 1965 г., рассмотрены в основном все направления и взгляды по проблеме органического происхождения углеводородов, при этом он в значительной мере подтвердил ранее сделанные им выводы в 1956 г. В.А. Соколов приходит к выводу, что «Органическое вещество следует рассматривать как исходный материал образования нефти и углеводородного газа в осадочных породах... Основными факторами, обусловливающими образование нефти и углеводородного газа из органического вещества, следует считать повышенную температуру и высокое давление, имеющееся в толщах пород на значительных глубинах, а также каталитическое влияние самих пород». Схема нефтеобразования, принимаемая В.А. Соколовым, показана на рис. 20.

Вместе с тем В.А. Соколов при рекомендации основных направлений дальнейших исследований по проблемам образования и миграции нефти и газа считает необходимым постановку экспериментальных работ по изучению образования нефти и газа в осадочных породах разного возраста к разного литолого-минералогического состава под действием повышенных и высоких температур и давлений в присутствии и отсутствии различных компонентов, в частности водорода, могущих влиять на направление и скорость реакции.

Гипотезы неорганического происхождения нефти. Космическая гипотеза. В 1892 г. Н.А. Соколовым была высказана мысль о том. что углеводороды в земной коре образовались одновременно с ее возникновением. Этой точки зрения придерживаются в бывш. СССР В.Б. Порфирьев, а за границей — американские ученые Ван-Гейль и Паркер. Последние ссылаются на результаты спектрального анализа и изучения плотности планет нашей солнечной системы, которые показали наличие метана в атмосфере Сатурна, Нептуна и Юпитера, а также наличие метана и высокомолекулярных углеводородов в составе планет.

Нa этой основании Н.А. Соколов высказал гипотезу космическою происхождение нефти. По этой гипотезе, углеводороды содержались в газовой оболочке Земли в бытность ее в огненно-жидком состоянии. По мере остывания Земли углеводороды поглощались остывающим субстратом и, наконец, конденсировались в верхних, наиболее остывших слоях — в земной коре. Согласно гипотезе Л.А. Соколова, «нефть является присущей многим телам вселенной и ее образование связано не случайным, а мировым процессом».

Вполне возможно, что некоторая часть углеводородов, обнаруживаемых на Земле, образовалась по этой или другой, близкой ч ней схеме. Так, другим ученым, В.А. Соколовым, теоретически обосновано образование метана в наружной оболочке космических тел при температуре 1000°C и ниже. При температуре около 1000°C в газообразной оболочке некоторых космических тел присутствуют водород, азот, вода, окись углерода, двуокись углерода и редкие газы.

Образование метана может идти по двум обратимым реакциям:

причем при понижении температуры ниже 1000°C равновесие сдвигается в сторону образования метана (CH4) и паров воды (H2O). Видимо, таким путем шло образование метана, наблюдаемого в атмосфере ряда планет.

В.Б. Порфирьев считает, что «неорганический синтез углеводорода в природной нефти во всей его сложности и многообразии возможен и не вызывает возражений ни со стороны химии, ни со стороны геологии. При этом возможен вариант перманентного образования углеводородов в магматических зонах, принимаемый Н.А. Кудрявцевым, и вариант космической первозданной их природы.

Мне кажется, что вариант космической природы нефтяных углеводородов наиболее полно отвечает всей совокупности геологических данных и увязывает проблему их образования с современными представлениями астрофизики и геологии о происхождении Земли и истории развития ее как планеты».

Согласно концепции В.Б. Порфирьева «нефть в том виде, в котором мы встречаем ее в природе в настоящее время, является такой же первозданной космической субстанцией, как железо, силикаты, водород, метан, и другие, входившие в состав протопланетного облака и формировавшие путем агрегации по схеме холодного образования планет солнечной системы и Землю, и другие планеты.

Углеводороды не только в форме метана, но и более сложных соединений имеют, по представлениям современной астрофизики, колоссальное распространение в космосе и, в частности, в солнечной системе.

В процессе перераспределения первичных планетарных скоплений материи значительная часть флюидов, в том числе вода н нефть, была выжата на Земную поверхность».

Таким образом, из изложенного следует, что В.Б. Порфирьев отошел от сторонников органического происхождения нефти и по существу полностью принимает и дальше развивает взгляды русского ученого Н.А. Соколова, высказанные им еще в 1892 г. о космическом происхождении нефти.

В.Б. Порфирьев считает, что существовало «две фазы появления нефти из глубинных зон земного шара на его поверхности — в протерозое и в третичную эпоху», что «имеющийся в настоящее время геологический материал позволяет утверждать, что время формирования всех известных нефтяных месторождений приурочено к третичной эпохе, причем, по-видимому, преимущественно к концу ее. Это логично увязывается с представлением о своеобразном этапе развития Земли как планеты, определяемом как Альпийский цикл диастрофизма, характерной особенностью которого было образование огромных расколов, оформивших современные очертания континентов и океанических впадин», что «все известные нам месторождения нефти образовались в промежуток времени от конца мелового периода до начала четвертичного. На Земле не было нефтяных месторождений, по крайней мере, начиная с кембрия и до конца мела».

Однако в настоящее время нефть обнаружена в кембрийских отложениях Иркутского амфитеатра, присутствие ее возможно и в докембрийских отложениях.

По мнению В.Б. Порфирьева, нефть на поверхность Земли мигрировала по грандиозным разломам земной коры, происходившим в третичное время, оформившим очертания современных континентов и океанических впадин, которые проникли в мантию и дали возможность воде (ювенильной) и нефти подняться из этих подкоровых глубин на земную поверхность в огромных количествах. Разломы же других промежуточных эпох диастрофизма (Каледонского и Герцинского) так глубоко не проникали.

В своей основе концепция В.Б. Порфирьева в предложенном им виде в значительной мере базируется не на достаточно аргументированных фактах, а на отвлеченном представлении. Многочисленными исследованиями по установлению времени образования нефти и газа на примерах конкретных месторождений, доказано, что время образования скоплений может быть разное, даже в пределах одной провинции. Особенно это ясно видно на русской платформе, где некоторые залежи нефти возникли уже в палеозойское время, причем разновременно. Местами установлено переформирование залежей нефти во времени. Все это противоречит концепции В.Б. Порфирьева об исключительно молодом возрасте всех без исключения залежей нефти.

Это в значительной степени объясняется тем, что нефтяные месторождения более позднего образования (Альпийского тектогенеза), наиболее сохранившиеся на земном шapе, чем обычно более древнего времени, которые в большей мере подверглись разрушению.

П.Н. Кропоткин так же, как и В.В. Порфирьев, по существу развивает космогоническую теорию происхождения нефти, выдвинутую Н.А. Соколовым. Он отмечает, что при рассмотрении вопросов о генезисе нефти как в бывш. Советском Союзе, так и за границей проводились исследования почти исключительно в литологическом и химическом направлениях, но «изучение тектонических и регионально-геологических закономерностей размещения нефти и газа в платформенных и складчатых областях показывает, что именно тектонические деформации земной коры, а не распространение отложений, богатых органическим веществам, контролируют размещение целых нефтеносных провинций районов и отдельных месторождений. Это вызывает необходимость пересмотра основных положений органической (биогенной) теории происхождения нефти в свете современных геотектонических, геохимических и космогонических данных».

Вместе с тем П.Н. Кропоткин стоит на других позициях о не-органическом происхождении нефти, чем Д.И. Менделеев. Он указывает «что многие факты гармонируют с гипотезой неорганического, но не связанного с магмой происхождения углеводородов, впервые намеченной в 1876 г. Д.И. Менделеевым. Мы имеем в виду такой вариант неорганической гипотезы, который, согласуясь с современными представлениями о твердом состоянии внутренних частей Земли и о формировании планет из холодной космической пыли и газа, позволяет связать генезис нефти не с вулканизмом, не с магмой, а с поднятием газов немагматического происхождения — гелия, азота, углеводородов. присутствовавших в том исходном материале, из которого сформировалась Земля и другие планеты».

П.Н. Кропоткин считает, что локализации нефти и газа определяются «не распространением по вертикали и по площади осадочных толщ, наиболее богатых органическим веществом, а факторами тектонического и геохимического характера». Вертикальный диапазон распространения нефти в любом нефтегазоносном районе совершенно не связан с расположением свит, богатых органическим веществом в вертикальном разрезе. По заключению П.Н. Кропоткина контуры нефтеносных провинций связаны с крупными деформациями фундамента, а не с распространением отдельных свит.

На основании сказанного можно сделать логический вывод о том, что литология вышележащих свит осадочного чехла не имеет никакого отношения к генезису нефти и газа данной провинции и определяет (благодаря различной пористости, наличию благоприятных структур и т. д.) только локализацию частных скоплений углеводородов, попавших с глубины... углеводороды, содержавшиеся в составе того газово-пылевого облака, из которого сформировалась Земля, должны были сохраниться в твердой ультраосновной оболочке Земли так же, как в ней сохранился азот. Поднимающиеся из недр Земли углеводороды имеют первичное неорганическое происхождение. В состав потока углеводородов наряду с метаном входят более тяжелые, более сложные по своему составу предельные углеводороды, которые задерживаются в пористых породах осадочной оболочки, накапливаясь в форме своеобразной газовой смеси, так называемых конденсатных залежей и в форме метановой нефти».

Минералогическая гипотеза. Мысль о происхождении нефти минералогическим путем впервые была высказана проф. Д. Соколовым в 1839 г. Он делает вывод о вероятности происхождения тонких прослоек, прожилок, звеньев и гнезд антрацита «наравне с алмазом и графитом через разложение углеродистого водорода».

В прошлом веке было проведено много опытов, подтверждающих возможность образования нефти неорганическим путем. Краткая сводка наиболее важных опытов приведена в табл. 33.

Общим для всех поставленных опытов и гипотез минерального происхождения нефти является признание непременного участия воды в химических процессах образования нефти. Эти гипотезы отражают многочисленность возможных природных условий нефтеобразования при постоянном участии воды. Следовательно, вариации этих гипотез имеют одну основу — взаимодействие воды с разными веществами, входящими в состав земных недр. При наличии углерода на Земле я многочисленных элементов, способных с ним вступить в соединение, образование карбидов, а следовательно, и возникновение углеводородов при последующем взаимодействии карбидов с водой — процесс неизбежный.

В середине XIX в. гипотеза минерального происхождения нефти была высказана французским химиком Бертело, который предполагал, что в земной коре, благодаря взаимодействию углекислоты и щелочных металлов, образовались ацетилен-карболовые кислоты, превратившиеся в ацетилен, который, полимеризуясь, превратился в нефть.

Стройная схема неорганического (минерального) происхождения нефти была создана великим русским химиком Д.И. Менделеевым в 1877 г., который в своих выводах опирался на ряд экспериментов, подтверждающих возможность образования нефти неорганическим — минеральным — путем.

По мнению Д.И. Менделеева, гипотеза органического происхождения нефти не может считаться удовлетворительной уже потому, что нефть не приурочена к какой-либо геологической эпохе, в которую можно было бы представить обильное развитие организмов. давших нефть, а ее находят и горных породах всех эпох от докембрия до третичной и даже четвертичной.

Д.И. Менделеев приводит первую критику органических теорий, по поводу которых он писал:

«Приписывая происхождение нефти разложению жира допотопных животных, мы встречаем три едва ли преодолимые трудности.

1. Животные остатки должны были бы дать много азотистых веществ, а их очень мало в нефти.

2. Громадность массы уже открытой нефти и незначительность жиров в животном теле.

3. Параллелизм местонахождения нефти с горными кряжами остается совершенно непонятным...

... Вследствие этого я составил гипотезу минерального происхождения нефти».

Основой для теории о неорганическом происхождении нефти Д.И. Менделееву послужили следующие данные. Им было подмечено, что большинство известных месторождений земного шара концентрируется в окраинных зонах горных хребтов. Эти зоны, по мнению Д.И. Менделеева, будучи областями сочленения платформы и горных складчатых сооружений, являются одновременно зонами развития крупных разломов, углубляющихся в недрах на десятки километров, и служат путями, по которым поверхностная вода проникает в глубь земли.

Д.И. Менделеев считал, что углеводороды могут образоваться в недрах Земли при действии воды на карбиды тяжелых металлов. Одним из наиболее распространенных тяжелых металлов является железо. Карбид железа (FeC) не может сохраняться в земной коре, богатой кислородом. Здесь происходит его быстрое разложение с образованием устойчивых окислов железа (Fe2O3), углекислого газа (CO2) и окиси углерода (CO). Взаимодействие воды с карбидами металлов, по мнению Д.И. Менделеева, давало смесь углеводородных паров и воды, которые под влиянием большого давления перегретого пара поднимались по тем же трещинам в области малого давления, где происходило сжижение их в нефть. Часть нефти, таким образом, осталась в недрах Земли, а другая, вынесенная на земную поверхность, испарялась, окислялась и пропитывала породы и, таким образом, получились асфальты, озокериты, смолистые сланцы, богхеды и другие битуминозные породы.

Наиболее благоприятными моментами в истории геологического развития Земли для образования нефти Д.И. Менделеев считал эпохи «подъемов горных кряжей»: «Вероятно, нефть происходила при всяких подъемах горных кряжей, но только в немногих случаях находились условия для сохранения ее под землей.

В такие эпохи создавались пути как для проникновения воды в недра Земли, так и для проникновения паров нефти и газов из недр Земли к ее поверхности».

В восьмидесятых годах прошлого столетия Д.И. Менделеев четыре раза посещал Кавказ, прежде всего бакинские промыслы. При этом его заинтересовали сообщения о выходах нефти на Кубани, в частности о фонтанирующих скважинах, заложенных в районе Кудако. Ученый лично побывал в этих местах. Седьмого мая 1880 г. перед отъездом из Новороссийска в Севастополь Д.И. Менделеев направил письмо губернатору Кубанской области Кармалину Н.H., в котором писал:

«Здесь нефти надо ожидать много, здесь она расположена по длинно» линии, параллельно хребту и идущей около предгорий, примерно, по направлению от Кудако на Ильинскую. Мой... вопрос к вам состоит в том, нет ли в Кубанском крае помимо этой линии, вдали от нее, выходов нефти? Это мне кажется очень интересным в теоретическом и практическом отношениях».

Советские геологи своими изысканиями засвидетельствовали глубокую правоту мнения Д.И. Менделеева об обилии нефти на Кубани, которое он высказал в процитированном нами письме. Вдоль предгорий Кавказа открыты и поныне эксплуатируются многие месторождения. Таким образом, Д.И. Менделеев теоретические выводы строил на полевых исследованиях.

Разбирая эту теорию неорганического (минерального) происхождения нефти, Н.М. Губкин пишет следующее: «Эта теория химической точки зрения является как будто наиболее простой и понятной, однако на основании данных Муассона (Moissan), если не считать карбида алюминия (Al4C3), который с водой дает чистый метан, большинство карбидов дают ацетилен, либо смесь последнего с метаном, либо, наконец, метан с водородом. Кроме того, при очень высоких температурах, которые должны господствовать на значительных глубинах в земной поре, проникшая туда вода будет таи находиться в виде перегретого водяного пара. Опытами установлено, что в результате воздействия перегретого водяного пара на чугун получаются свободный водород и незначительные количества олефинов и других непредельных углеводородов. Следовательно, помимо прямого и непосредственного воздействия воды на карбиды, возникает необходимость допустить и последующие реакции и, в первую очередь, возможность явлений гидрогенизации и полимеризации углеводородов в недрах Земли...».

Опыты Б.Н. Ипатьева также показали, что в случае высокого давления и присутствия окислов металлов возможны реакции полимеризации ацетилена и его ближайших гомологов и образование ароматических углеводородов, которые при последующей гидрогенизации дают нафтены. Другими исследователями произведен ряд опытов по полимеризации и гидрогенизации разного рода ненасыщенных углеводородов, в результате которых получались углеводороды ароматического и нафтенового рядов. Одним словом, при действии воды на карбиды и в результате последующих реакций полимеризации и гидрогенизации, при наличии катализатора или высокого давления и температуры могла возникнуть сложная смесь углеводородов, являющихся главнейшей составной частью современных нефтей. Допуская же существование в земных недрах не только карбидных но и карбонильных соединений железа, никеля и других тяжелых металлов, а также нитридов металлов и принимая во внимание наличие в земной коре сульфидов, можно вполне объяснить присутствие в нефти азотных, сернистых соединений, водорода и окиси углерода, т.е. всех второстепенных компонентов современных нефтей и асе разнообразие их.

С этой точки зрения карбидная теория как будто представляет стройную и вполне химически обоснованную теорию и тем не менее она встретила возражения, наиболее существенным из которых явилось следующее. Проф. Вальден (Рига) отметил забитый факт, что все полученные, в результате неорганического синтеза нефти являются оптически неактивными, тогда как все природные нефти, за весьма малых исключением, оптически активны — они вращают плоскость поляризации светового луча. Карбидная и вообще все другие минеральные теории не могут дать удовлетворительного объяснения этого факта. Все попытки получить из неактивных веществ вещество активное оптически кончались полной неудачей.

Следует отметить, что возражения против теории Д.И. Менделеева высказанные И.М. Губкиным, являются не убедительными и паже наоборот — они скорее подтверждают ее правоту. Тем более, что в последнее время установлен целый ряд соединений оптически активных в кристаллическом состоянии: лево- и правовращающие кварцы жидкое стекло, гидратизированный сульфат натрия (Na2SO4*3H2O), фосфат натрия (NaHPO4*2Н2О), сульфаинтимониат натрия (Na3SbSr4*9H2O), дитионат калия (K2S2O6), кремне-молибдат калия (K4Mo12SiO4*18Н2О) и многие другие.

Возражения, выдвинутые И.М. Губкиным со стороны геологии, также не состоятельны. Почему, например, можно отрицать наличие обособленных очагов расплавленных или мягких масс в пределах земной коры (литосферы). Ведь обособленные очаги внутри затвердевшей земной коры, содержащие жидкие расплавленные массы, существуют и в своем существовании ни у кого из геологов не вызывают сомнения, так как свидетельством этому является вулканическая деятельность в настоящее время и в минувшие геологические эпохи. Об этом же свидетельствуют и часто наблюдавшиеся интрузии.

Относительно того, что ядро состоит из тяжелых металлов, как будто бы ни у кого не вызывает возражений, а входят ли в состав этого ядра карбиды, как предполагал Д.И. Менделеев, этот вопрос остается еще не решенным. Нет фактов ни за, ни против.

Мы должны отдать должное Д.И. Менделееву, который в 1877 г. дал настоящее обоснование своей теории неорганического (глубинного) происхождения нефти, пользовавшейся значительным успехом во второй половине XIX в., не только у русских но и зарубежных геологов. Данной теории, в частности, придерживался русский академик Г.В. Абих, известный исследователь геологии Кавказа. Позже, в 20-х и 30-х годах нашего столетия, она была, до некоторой степени, забыта. Нo в последнее время среди геологов опять появились сторонники неорганической гипотезы.

Н.А. Кудрявцев, анализируя геологические условия нахождения многих нефтяных месторождений и результаты своих исследований, приходит к выводу о том, что нефть имеет глубинное происхождение. Основное внимание он обращает на то, что во всех нефтеносных районах нефть залегает, начиная с какого-либо стратиграфического уровня, и далее вниз пo разрезу во всех горизонтах до кристаллического фундамента включительно независимо от условий образования и состава пород и наличия в них органического вещества. Н.А. Кудрявцев указывает, что «нефть не связана с органическим веществом, а ее тяготение к фундаменту указывает на ее проникновение в осадочную толщу снизу, из глубоких недр, поскольку в кристаллических породах она образоваться не могла».

Тяготение нефти и газа к кристаллическому фундаменту подтверждается постоянством и широким распространением нефтегазопроявлений в нем. Промышленные и полупромышленные залежи нефти или газа в кристаллических или метаморфических породах фундамента известны в настоящее время во многих районах земного

Обнаруживается тесная связь нефтегазоносности с глубинными разломами в земной коре, что объясняется, по мнению Н.А. Кудрявцева. столько миграцией нефти с глубины». Кроме того, он считает, что «накопившиеся данные позволяют утверждать, что нефтепроявления в вулканических трубках взрыва не случайны, а вполне закономерны и что закономерность их появления обусловлена той же причиной, что и связь нефтеносности с глубинными разломами, наличием путей для миграции нефти и газа из глубоких недр».

И.А. Кудрявцев отмечает, что глубинное происхождение нефти и газа, на которое указывают установленные «закономерности (распространение нефти в нефтеносных районах, постоянное проявление нефти в кристаллическом и метаморфизированном фундаменте нефтеносных районов, появление новых нефтеносных горизонтов с появлением новых коллекторов в основании осадочной толщи независимо от их состава и условий образования, связь нефтеносности с глубинными разломами, постоянство нефтепроявленнй в вулканических трубках, парагенезис с металлами), подтверждается рядом прямых и косвенных доказательств фактического характера». Таким образом, по этой гипотезе допускается вариант перманентного образования углеводородов в магматических зонах.

Назовем еще некоторых сторонников неорганического происхождения нефти. Так, например, А.Н. Дубровин высказывает предположение о происхождении нефти эндогенным путем. Он отмечает, что среди всего многообразия сочетаний углеводородов и нефти, сочетания, состоящего только из углеводородов метанового ряда и углеводородов ароматического ряда, без наличия углеводородов нафтенового ряда в природе не существует. Последнее свидетельствует о преемственности течения процесса преобразования вещества нефти через нафтеновые углеводороды и исходного материала нефти и тождество процессов преобразования его в нефть.

На Земле естественное образование газообразного углерода возможно только в процессе проявления на ней вулканизма, в обстановке высокого давления, достигающего несколько сотен, возможно и тысяч атмосфер при высокой температуре. В этом случае свободный газообразный углерод образуется в составе вулканичекого раствора, возникающего в состоянии магмы, паров или свободных газов, за счет распада в этих условиях углеродсодержащих соединений. Об этом, в частности, свидетельствует наличие на Земле коренных месторождений алмаза среди глубинных пород ультраосновной магмы (в штоках Кимберлита и D перидотите) и пневматолитовых месторождений графита, возникновение которых возможно только из углерода газообразного состояния.

Наряда со свободный газообразным углеродом в вулканическом растворе образуется и свободный водород.

Невместное нахождение этих двух элементов позволяет предполагать о возможности протекания между их атомами непосредственной реакции с образованием углеводородных соединений, в начале простейшого их соединения в виде газообразного метана CH4, затем в условиях быстрого изменения давления с сохраняющейся достаточно высокой температурой преобразуются в устойчивые соединения путем полимеризации атомов углерода в углеводородные соединения в виде CnHm, а эти углеводородные соединения преобразуются в форму соединений в виде CnHmOp. В зависимости от величины они могут образовываться в газообразном состоянии при малом значении n или конденсироваться в жидкости при повышенном значении n.

По мнению П.Е. Харитонова, количество захороненного в осадках органического вещества и его качество не соответствуют требованиям, которые могли бы быть предъявлены к этим толщам в случае, если бы в них происходило образование нефти и газа. Выделение нефтематеринских свит в разрезе лишено всякого смысла. Основные закономерности нефтеобразования и нефтtгазонакопления становятся понятными, если их рассматривать как широкие процессы общей дифференциации вещества Земли и, в частности, дегазации глубинных масс земного шара.

П.Е. Харитонов говорит: «Необходимо считать более правильным не генерацию метана органическим миром, как предполагают сторонники органического происхождения нефти, а обратный процесс частичного стимулирования жизнедеятельности организма за счет метана, выделяющегося из земных недр».

Далее он же пишет: «...на фоне такого обширного и регионально распространенного природного процесса легко представить себе поступление из глубинных частей нашей планеты различных углеводородов. Их перемещение в осадочный чехол, в область меньших давлении и температур является закономерным и в достаточной степени обоснованным. Нефтегазообразование и нефтегазонакопление в этом плане представляет собой только часть широких региональных процессов, связанных с общей дифференциацией и дегазацией глубинного вещества нашей планеты. При наличии высоких температур, как показывают опытные данные, невозможно существование метана. В этих условиях, по-видимому, присутствуют только радикалы, которые затем при снижении температуры до 800—900°С превращаются в метан и другие углеводороды. Дальнейшая полимеризация метана в более тяжелые углеводороды — этан, пропан, бутан и далее в нефть — происходит, по-видимому, при действии радиоактивных излучений, катализа и других факторов.

Совершенно ясно, что поступающие из земных недр газообразные углеводороды являются максимально восстановленными и для перехода их в жидкую нефть требуется частичное окисление и, главное, относительное обогащение углеродом».

П.Е. Харитонов, отмечает что «при открытии нефтяных и газовых месторождений было невольное следование за гипотезой неорганического синтеза нефти. Большинство открытых нефтегазоносных структур, по-видимому, тяготеет к зонам разломов кристаллического фундамента, по которым значительно облегчается проникновение в осадочные породы».

Мы изложили основные гипотезы органического и неорганического происхождения нефти. Ниже весьма кратко остановимся на наших воззрениях по вопросу происхождения нефти и углеводород, них газов, исхода из тех данных, которые получены в результате многолетних исследовании геохимии природных газов. Ho прежде чем переходить к изложению нашей концепции, необходимо кратко остановиться на своего рода дуалистических взглядах на происхождение углеводородов некоторых ученых, число которых значительно возросло, особенно после Всесоюзного совещания (20—27 октября 1958 г.) по проблеме происхождения нефти и газа и условиям формирования их залежей.

Сторонники дуалистической точки зрения признают наряду с органическим и неорганическое происхождение некоторой части углеводородов земной коры, но многие из них неорганическим углеводородам отводят резко подчиненную роль в общем балансе нефти и газа. Иными словами, они считают, что нефть, образовавшаяся неорганическим путем, не может давать промышленных залежей. Другие допускают, что промышленная нефть может быть органического и неорганического происхождения. Эти исследователи, таким образом, стараются примирить сторонников двух диаметрально противоположных направлений — органического и неорганического происхождения нефти.

В.А. Соколов, например, считает, что на Земле залежи нефти образовались в основном согласно биогенной теория, но «... нa больших планетах углеводородный газ и нефть имеют неорганическое происхождение. Иначе говоря, мнение Менделеева о неорганическом происхождении нефтяных углеводородов справедливо для больших планет солнечной системы...».

Проф. Н.Ю. Успенская, ранее стаявшая на позициях органического происхождения нефти, на Всесоюзной совещании по проблеме происхождения нефти в своем выступлении заявила: «Сейчас неоспоримо доказано, что битумообразование является региональным геологическим процессом, сопутствующим осадкообразованию. Еще неясны отдельные звенья этого процесса, но нельзя отойти от решающего факта образования и накопления углеводородов в осадках. С другой стороны, не вызывает также сомнении космический процесс возникновения углеводородов и наличие углеводородов магматогенного происхождения в земной коре.

Отсюда следует первый вывод — процесс битумообразования в природных условиях протекает разными путями. Нефть может иметь и органическое и неорганическое происхождение. Этот вывод нельзя больше замалчивать».

«В принципе, — говорит Н.Ю. Успенская, — мне непонятно, почему магматическая нефть не может образовать крупных скоплений? Если такая нефть существует в природе, а доказательства этому имеются и они многочисленны, то это явление планетарного порядка и масштаб его не лимитирован. Было бы, наоборот, странно, если в земной коре местами, в существующих условиях, не могли образоваться более или менее крупные скопления магматической нефти. Можно сослаться на битумы Атабаски, о которых здесь много говорилось. Происхождение их, с моей точки зрения, трудно объяснить, если отрицать возможность образования крупных скоплений магматической нефти. Наряду с этими соображениями безусловен факт тесной связи в громадном большинстве случаев ареалов распространения нефти С определенными геологическими условиями осадочной оболочки, в частности с фациальным составом осадочных толщ. Это не может быть случайностью и, с моей точки зрения, является самым веским аргументом а пользу органического происхождения нефти».

И.А. Петерсилье в результате изучения газоносности некоторых интрузивных массивов Кольского полуострова (Хибинского, Ловозерского, Мончегорского и области Сахариокского и Гремяха-Вырмес) приходит также к дуалистическому выводу о происхождении углеводородов и битумов.

В своей работе он пишет: «Исследование газов и битумов Хибинского и Ловозерского массивов нефелиновых сиенитов впервые показало, что в природе происходило образование углеводородов и битумов путем неорганического синтеза. Наряду с этим не вызывает сомнения и образование нефти путем переработки органики в осадках.

Таким образом, как показывают факты, образование нефтяных битумов возможно и органическим к неорганическим путем».

Имя:*
E-Mail:
Комментарий:
Информационный некоммерческий ресурс fccland.ru © 2020
При цитировании и использовании любых материалов ссылка на сайт обязательна