Геохимия природных газов и их роль в формировании залежей нефти и горючих газов

07.11.2020

Геохимия природных газов представляет особый интерес при выяснении путей образования нефти, горючих газов и гелия. При рассмотрении этой проблемы одним аз самых трудных является вопрос об исходном материале и путях его преобразования в нефть. Среди признаваемых за нефтематеринские пока не установлено таких органических веществ, которые могли бы быть источником нафтоидов. Сами сторонники органической гипотезы происхождения нефти отмечают, что «химики еще не дали ответа относительно механизма превращения органического исходного материала в углеводородные смеси и что еще нет экспериментальных данных, освещающих этот процесс с достаточной ясностью и с учетом геологически вероятных условий».

При рассмотрении проблемы происхождения нефти встает вопрос о том. что произошло раньше — нефть или жизнь. Мы считаем что сначала произошли углеводороды, давшие исходный материал для образования нефти, а затем уже жизнь. Согласно исследованиям акад. А.И. Опарина, само живое вещество впервые возникло за счет углеводородов неорганического происхождения.

Наличие углеводородов в биогенном веществе лишь в том случае могло бы служить доказательством органического происхождения нефти, если бы удалось установить, что они способны под действием геологических факторов обособляться от остальной массы органики, удаляться из нее, скапливаться и достигать более высокого насыщения водородом, т. е. подвергаться такой гидрогенизации, которая возможна только в резко восстановительной обстановке. но геология и геохимия не дают таких доказательств.

Однако в результате накопленного фактического материала установлено, что ни содержание органического вещества, ни фатальный состав отложений не имеют значения для образования нефти. Вопрос о фациях упрощен до того, что различают только субаквальные и субаэральные отложения, считая первые благоприятные уже в том случае, если они образовались хотя бы в слабовосстановительных условиях. Ho даже и такая упрощенная закономерность на практике не подтвердилась. Одни и те же отложения, образовавшиеся в одинаковых условиях, содержащие одинаковое количество органического вещества, а в нем то же самое количество растворимого битума с тем же процентом углеводородов в его составе, в одном районе оказываются нефтеносными, в другом нет.

Приведенные примеры генетической связи между определенными отложениями и нефтеносностью (Майкопская свита, Чокракско-Караганские слои северо-восточного Кавказа, терригенный девон Сахалина и др.) не отвечают действительности и, как уже указывалось в печати, являются подтверждением противоположной точки зрения — независимости нефтеносности от фаций. В своей практике нефтяники часто руководствуются не существованием или отсутствием «нефтепроизводящих свит», а ставят бурение, основываясь на структурно-тектонических соображениях.

Геологические исследования показывают, что углеводороды в осадочные толщи могли проникнуть лишь из кристаллического фундамента, где нет органических остатков, и стремление некоторыми исследователями, как мы указывали выше, объяснить их наличие боковой миграцией не отвечает истинным геологическим условиям их нахождения. Весьма характерным в этом отношении являются нефтепроявления в вулканических трубках взрыва и в других отложениях Сибирской платформы.

Битумо- и нефтепроявления были обнаружены в Восточной Сибири в обнаженных на контакте силура с верхним кембрием и в отложениях среднего кембрия. Элементарный состав битумонефтепродуктов представлен в табл. 34 и 35.


Из табл. 34 и 35 можно видеть, что битумонефтепродукты р. Mapки родственны битуму среднего кембрия р. Амги. Все это указывает на широкое региональное распространение благоприятных условий нефтеобразования в пределах Сибирской платформы в среднем кембрии и миграцию в районе р. Мархи углеводородных газов из среднего кембрия в контактирующую толщу силура с верхнекембрийскими отложениями.

При разведке Нижне-Илимских месторождений железных руд в Южной части Сибирской платформы и коренных месторождений алмазов в бассейне р. Вилюй были обнаружены нефтепроявления как в виде твердых битумов, так и жидкой нефти в агломератах основных к ультраосновных пород, выполняющих вулканические трубки.

В бассейне р. Вилюя кимберлитовые трубки приурочены нередко к флексурам, осложняющим общее моноклинальное залегание пород и отвечающим разломом в кристаллическом фундаменте. Химические анализы битумов дают непрерывный ряд битумов от тяжелой нефти к асфальту. Это изменение обусловлено процессами выветривания нефти в верхних частях трубок.

Миграция углеводородных газов в вулканических трубках, по-видимому, происходит с глубины. Газы по мере подъема к дневной поверхности при соответствующих термодинамических условиях перешли в жидкую фазу — нефть, а затем в процессе окисления в твердую фазу — асфальт и т. д. При этом трубки находятся в таких геологических условиях, что миграция углеводородных газов и нефти в трубки из пород, прорываемых ими, исключается.

При горных работах в пяти шурфах трубки «Зарница» и в шурфах трубки «Удачная» были встречены интенсивные выделения углеводородных газов из трещин кимберлитов, иногда со слабым шумом и под напором. Интенсивность газопроявлений не снижалась в течение месяца (до закрытия шурфов). Произошло несколько взрывов газа в шурфах от неосторожного обращения с огнем.

Исследованиями кимберлитовых трубок было установлено:

1. Проявление нефти по скважинам обычно интенсивно на участках тонкопористых кимберлитов.

2. Битумы кимберлитов и вмещающих пород имеют одинаковый состав.

3. Степень изменения битума различна, причем большее изменение наблюдается в верхних горизонтах (твердый хрупкий битум).

4. Отчетливо выделяется дифференциация битума по вертикали. В шурфах в виде твердых включений, в скважинах с глубины 100—200 м он имеет вязкое состояние и наряду с битумами встречается жидкая нефть.

Следует отметить, что в процессе разведки трубок «Зарница», «Удачная», «Якутская», «Ленинградская» и др. установлено, что газовые скопления приурочены чаще всего к глубоким открытым трещинам и зонам повышенной трещиноватости. Нередки случаи, когда лед вечной мерзлоты пропитай битумом, что свидетельствует о том, что процесс образования углеводородов, в том числе и битумов, сравнительно недавний.

Характер выделения газа различный, иногда он вырывается из трещин со свистом и шумом, выбрасывая с собой мелкие обломки кимберлита, но чаще газ фиксировался косвенно (усталость. головокружение, вспышки при зажигании огня). т. е. наполнение выработок происходило медленно.

7 октября 1958 г. из скв. № 42 в трубке «Удачная» (рис. 21) произошел выброс газа, поднявший столб соды с глубины 367 м. Газ по истечении 0,5 мин воспламенился со взрывом. Здесь до глубины 361 м были пройдены базальтоидные кимберлиты серого и темносерого цвета, плотные, участками трещиноватые. Из устья скважины стал вырываться водяной пар с каплями жидкости, интенсивность которой сильно возросла за несколько дней до образования мощной струн минерализованной воды напором 5—8 атм. Минерализованная вода вырывалась из устья скважины с горящим газом. Газ горел пять суток и был потушен сильной взрывной волной. Анализ газа приведен в табл. 36, а анализ воды в табл. 37.

В процессе геологической съемки и по буровым скважинам в районе алмазоносных трубок установлено, что наиболее битуминозными являются известняки, известняковые конгломераты, песчаники, менее — глинистые известняки и доломиты и совершенно не содержат битума аргиллиты и алевролиты. Битумы выполняют каверны, пропитывая породу из зоны многолетней мерзлоты и в виде хрупкой, иногда вязкой черной массы, изредка образуют жилки в кимберлите протяжением 25 см и толщиной 3 см.

Нахождение нефти в трещинах кимберлитов и горизонтально залегающих горных пород нижнего ордовика, прорываемых этими кимберлитами в бассейне р. Вилюй, указывает на вертикальную миграцию углеводородных газов, послуживших исходным материалом для образования нефти. Это же подтверждает и ассоциация нефти в трещинах кимберлитов с минералами гидротермального происхождения (кварц, сульфиды и др.).

Подтверждением того, что описанные нефтепроявления в вулканических трубках Сибирской платформы имеют закономерный характер. является наличие аналогичных нефтепроявлений в вулканических трубках других стран, находящихся в самых различных условиях. Так» например, они обнаружены еще в прошлом столетии в трубках Шотландии и Швеции в виде асфальта, а также в кимберлитов мх алмазоносных трубках Южной Африки, при разработке которых встречены и струи углеводородного газа и жидкая нефть.

Накопившиеся данные позволяют утверждать, что нефтепроявления в вулканических трубках не случайны, а вполне закономерны, и что Закономерность их появления обусловлена той же причиной, что и связь нефтеносности с глубинными разломами.

Совершенно ясно, что углеводородные газы и образующаяся из них нефть в кимберлитовых трубках Сибири и Южной Африки имеют одинаковое происхождение. Следовательно, в бассейне р. Вилюй не из осадочных пород в вулканические трубки проникла нефть, а, наоборот, находящаяся в явно вторичном залегании нефть появилась в осадочных породах по трещинам, связанным с вулканическими каналами и с имеющимися в этих районах глубинными разломами.

Занимаясь много лет геологией и геохимией природных газов, мы пришли к выводу, что нефть может образоваться в результате уплотнения газообразных тяжелых углеводородов при соответствующих термодинамических условиях и наличия катализаторов.

Полученные нами аналитические данные доказывают практическую возможность генерации метана изверженными породами и минералами. Таким образом, многими исследованиями доказано, что в составе различных изверженных пород и минералов заключено довольно большое количество самых разнообразных газов и, в частности, метана и водорода.

Мы полагаем, что нефть есть продукт перехода газов (углеводородов) в жидкую фазу. Метан и его гомологи (тяжелые углеводороды) образуются в результате формирования изверженных пород из магмы при самых различных химических реакциях, протекающих при катализе некоторых элементов и окислов железа, находящихся в породах.

Акад. В.И. Вернадский также приписывал глубинное происхождение свободному водороду, который сейчас, благодаря более совершенной методике анализов, почти всегда обнаруживается, и иногда в значительных количествах (до 80% и более), в составе горючих газов. «Далеко не всегда, — писал В.И. Вернадский, — углеводороды связаны с жизнью. Есть метан, поднимающийся из более глубоких частей земной коры... Именно для метана исключительная связь с жизнью сомнительна, так как этот легкий газ имеет свойства, напоминающие водород. Известные его синтезы в лаборатории чрезвычайно разнообразны и часто независимы от органических соединений. Аналогичные процессы должны идти в магмах».

Отсюда видно, что В.И. Вернадский признавал вероятность поступлений в земную кору значительных количеств углеводородов магматического происхождения и допускал возможность в природных условиях разнообразных синтетических производных метана. Сама природа подсказывает, что жидкая нефть и ее огромные залежи могли образоваться только в результате миграции углеводородов в газовой фазе, за счет первоначальных газовых скоплений.

Миграция материнского вещества нефтей происходила и происходит в какой-то мере и в настоящее время, главным образом как миграция газообразных углеводородов и некоторого количества других газов к газообразных соединений (NH3, CO2, N2, Ar и др.).

Обязательным условием для образования промышленных скоплений углеводородов является вместилище (коллектор). Миграция углеводородов из глубины в коллекторы осадочных пород легче осуществляется при возникновении разломов и других деформаций в земной корр.

В подтверждение наших взглядов прекрасной иллюстрацией служит работа Г.П. Тамразяна, который отмечает, что «почти все нефтяные и газовые месторождения Азербайджана связаны с зонами крупных разрывов, среди которых особенно выделяется Аджи-Кабул-Мардакянский глубинный разрыв, к которому приурочивается в совокупности свыше 90% всей добытой и ныне известной оставшейся в недрах нефти». «Приуроченность основных нефтяных и газовых месторождений к зоне глубинного разрыва, возможно, указывает на определенную роль последних в формировании этих месторождений. Если глубинные разломы Азербайджана достигают подошвы земной коры, как это допускает В.А. Горин, то Аджи-Кабул-Мардакянский глубинный разрыв мог служить мощным транзитным путем, по которому углеводородные газы могли подняться в выше расположенные участки земной коры и образовать здесь скопления газа и отчасти преобразоваться при соответствующих условиях в нефть».

В настоящее время можно утверждать, что в каждом нефтяном районе нефтеносность прослеживается до подошвы осадочного комплекса. Такая картина наблюдается в урало-волжских нефтяных районах, где промышленная нефть обнаружена в пермских, каменноугольных и девонских отложениях, лежащих на кристаллических и метаморфических породах фундамента. Нефтепроявления встречены и в породах фундамента. В месторождениях Ферганской долины нефтеносные отложения палеогенового, мелового и юрского возраста лежат на метаморфических породах палеозоя.

Аналогичную картину можно видеть в Венесуэле, где нефтеносные отложения от миоцена до нижнего мела и нефтеносные известняки нижнего мела лежат на кристаллическом фундаменте. В Скалистых горах в Америке нефтеносность спускается до кембрийских отложении включительно и промышленную нефть получают даже из трещиноватых зон кристаллического фундамента. Многочисленны примеры такого рода и для нефтяных районов Сеперо-Американской платформы.

В любом нефтяном регионе наблюдается концентрация нефтяных залежей в вертикальном направлении, причем нефтепроявления опускаются до подошвы осадочных толщ.

Формирование нефтяных месторождений в основном связано с вертикальной миграцией углеводородных газов по крупным разрывам. Эта идея не нова и первоначальные формулировки ее относятся ко временам Г.В. Абиха, Д.И. Менделеева и других крупнейших исследователей нефтяной геологии, обосновавших ее не столько фактическим материалом, которого и не могло быть в их время, сколько своей гениальной интуицией.

Такие примеры, как месторождения Калифорнии, Венского бассейна, Венесуэлы, Мексики, Техаса, Египта, Марокко, Западной Туркмении, Самарской Луки, Днепровско-Донецкой впадины, могут рассматриваться как геологически бесспорные случаи приуроченности линейных систем целых групп месторождении к крупным» регионально выдержанным разрьвам, по которым могли подниматься углеводородные газы, послужившие исходным материалом для образования нефти.

Во многих других нефтяных районах существует та же закономерность, к сожалению, маскируемая развитием ненарушенных молодых отложений и другими обстоятельствами, не позволяющими с такой же уверенностью и наглядностью фиксировать эту связь, по ряду соображений несомненно существующую.

Очень убедительна картина приуроченности нефтепроявленнй к зонам крупных разломов на примере Африканского континента, представляющего собой древнейшую платформу, окруженную со всех сторон областями крупных опусканий по молодым разломам позднеальпийского тектогенеза. Высокая насыщенность нефтью очень небольших по площади, но многочисленных по вертикали залежей на Апшеронском полуострове вместе с явлениями диапиризма, термальной (в основном ювинильной) водой и грязевым вулканизмам говорит за то, что здесь каждое месторождение представляет подобие трубы, уходящей с поверхности вертикально глубоко вниз, по крайней мере в мезозойский комплекс.

Формирование газовых, а затем и нефтяных залежей в складках геосинклинальных зон несомненно, а в структурах платформенных зон вероятно и происходит преимущественно за счет вертикальной миграции углеводородных газов по полостям тектонических разрывов. При этой, как правило, проникновение углеводородных газов и связанной с ними нефти в пласт-коллектор идет от вершины складки (или от подводящего разрыва), от ее центра к периферии, а не наоборот, как это считается по теории гравитационного распределения нефти, газа и воды (рис. 22).

По-видимому, основным различием в формировании нефтяных и газовых залежей геосинклинальных и платформенных зон является характер сил, вызывающих образование разрывов в складчатых и в платформенных зонах. Само же формирование залежей газа и нефти и в том и в другом случае обусловливается вертикальной миграцией углеводородных газов по полостям разрывов.

Многокомпонентная жидкая смесь очень неустойчива, легко теряет легкие составные части и меняет физические и химические свойства. Она вряд ли могла сохранять свои свойства, подвергаясь в течение десятков и даже сотен миллионов лет воздействию микроорганизмов и воды, да еще при бесконечно далеких расстояниях миграции, как это допускают некоторые исследователи,

Газовые скопления, при всех обстоятельствах, не могут сохраниться сколько-нибудь длительное время и, как это показал в своих работах проф. В.А. Соколов, будут рассеяны в результате диффузии в течение сотен тысяч лет.

По-видимому, газовые и нефтяные регионы нужно связывать не с седиментационными бассейнами, а с зонами глубинных разломов. Знаменитый принцип расположения газовых и нефтяных регионов у подножья горных (Кавказ, Предуралье, Предкарпатье) поднятий безусловно ошибочно трактовался как результат накопления исходного органического вещества в зонах предгорных прогибов. Конечно, дело не в накоплении органического вещества, а в том, что эти зоны отвечают структурному сочленению геосинклинальной зоны с платформенной. В отношении глубоких разломов — путей для вертикальной миграции углеводородных газов, а затем и нефти — в данном случае сомневаться не приходится.

В наибольшем удалении от магматического очага газовые и нефтяные залежи должны образовываться в коллекторах окаю крупных дизъюнктивных нарушений. При относительно древних интрузиях, перекрытых осадочными породами, нельзя ожидать большой активности от остывающих очагов магмы. Энергия газовых выделений должна быть сравнительно невелика, вследствие чего возникшие при этом месторождения будут локализоваться в относительно маломощной зоне контакта осадочных пород с фундаментом, почти не давая поверхностных нефтепроявлений, Подобные условия действительно наблюдаются в большинстве так называемых платформенных месторождений, где фундамент имеет ранне альпийский, герцинский или даже каледонский возраст. Имеющиеся здесь на глубине интрузивные тела или полностью затвердели или покрылись толстой коркой, т. е. уже находятся в последней стадии консолидации.

Если же скопления углеводородов будут связаны с более молодой, а следовательно, и более активной интрузией и энергия газовых выделений будет значительна, то под интрузией может создаться настолько сильное газовое давление, что углеводороды будут проникать на многие тысячи метров вверх, давать начало многоярусным месторождениям газа и нефти.

Большинство первоначальных скоплений преимущественно метанового состава («сухого газа»), постепенный переход их в конденсатные залежи, состоящие из «жидкого газа», и далее в залежи легкой бензинистой, но уже жидкой нефти, которая в дальнейшем при соответствующих условиях становится все тяжелее и тяжелее и, наконец, превращается в асфальт и твердые битумы — такая последовательность с геотектонической точки зрения и физической стороны нам представляется наиболее логичной. Этот вывод не новый. К тому же результату, только на основе другого фактического материала, давно приходили не только многие геологи, но и выдающиеся химики.

Мысль о том, что нефть могла образоваться из газа, допускалась и акад. И.М. Губкиным, который писал: «Гораздо естественнее и логичнее было бы считать, что Банагандинское нефтяное месторождение образовалось за счет углеводородных газов, выделявшихся из грязевых сопок и сконденсировавшихся под влиянием тех или иных, пока неизвестных нам, причин в песчаных пластах продуктивной толщи».

Наконец, И.О. Брод и Н.А. Еременко в своем учебнике по геологии нефти пишут, что «процесс образования газа, как уже отмечалось, значительно более широко распространен в природе, чем процесс образования нефти... Полимеризация (усложнение и утяжеление молекул) углеводородов под воздействием радиоактивных веществ, а также в присутствии некоторых катализаторов (в частности глин) доказано лабораторно».

Таким образом, можно полагать, что происхождение природных газов связано прежде всего с различными геохимическими и термодинамическими условиями.

По-видимому, водород, окись и двуокись углерода являются основными для образования метана и тяжелых углеводородов. В процессе вулканизма, а также в результате активного внедрения интрузий выделяются огромные массы углекислого газа.

Многолетние научные исследования геологии и геохимии природных газов, на кафедре горючих ископаемых МГРИ позволяют сделать вывод о том, что метан и его гомологи — тяжелые углеводороды (CnH2n+2) — могут образоваться в результате миграции водорода (H2) и окиси (CD) или двуокиси углерода (CO2) из подкоровых глубин земли. При этом реакции могут быть самые различные, некоторые из них идут примерно так:

Водород образуется при действии водяных паров на железистые силикаты, входящие в состав горных пород при температуре примерно 300—500° С по реакции 2Fe2O + Н2O = Fe2O3 + H2.

Исследования степени превращения FeO в Fe2O3 в базальтовом расплаве, подверженном действию атмосферного кислорода, показывают, что степень нагревания поверхности лавы вследствие окисления содержащегося в ней железа должна быть ничтожна по сравнению со степенью охлаждения вследствие реакций.

Таким образом, водород выделяется при магматизме из недр земли на дневную поверхность в значительных объемах. При поднятии магмы к дневной поверхности вследствие отдачи тепла в более холодные участки литосферы происходит медленное ее охлаждение. В это время образуется гематит, магнетит и водород. Эта реакция протекает все время, пока происходит понижение температуры.

Когда магма охладится до температуры кристаллизации и начнется процесс кристаллизации, остающийся расплав начинает обогащаться газами, давление возрастает, газы не будучи в состоянии прорвать оболочку интрузии, устремляются вверх и проникают в ее кровлю. Выделение водорода и других газов продолжается в течение всего процесса кристаллизации, что, по-видимому, происходит преимущественно в восходящей фазе колебательного движения литосферы. В этом отношении представляют интерес сейсмические колебания на Кольском полуострове, во время которых усиливается выделение углеводородных газов и водорода.

Исследования газов, выделяемых при нагревании пород, показывают, что водород в значительном количестве (до 70%) выделяется при температуре около 500° С. Следовательно, геоизотерму в 500° С можно рассматривать как начало водородной зоны в литосфере. Глубина ее залегания может быть различной. При проникновении интрузии в более высокие зоны земной коры во время направленных впер к колебательных движений эта геоизотерма приближается к поверхности Земли. Общее поднятие, которым сопровождается внедрение интрузии и ее охлаждение, нарушает термодинамическое равновесие и облегчает выделение водорода.

Можно считать, что геохимии водорода принадлежит главенствующая роль в образовании газовых и нефтяных залежей.

В связи с тем, что выделение водорода связано с экзотермической реакцией, которая протекает при охлаждении, можно наметить и тектонические зоны, отвечающие данным условиям. Такими зонами можно считать все тектонические зоны, испытавшие значительный подъем в момент орогенических фаз. сопровождавшихся подъемом геоизотерм.

Процесс последующего охлаждения способствует течению реакции в сторону выделения свободного водорода. Особенно интенсивно этот процесс происходит при внедрении интрузии в периоды максимальных фаз поднятий, в районах, где интрузии и их апофизы не находят выхода на поверхность литосферы и где их газов фазы лишь диффундируют сквозь кровлю, а не устремляются в открытые каналы эруптивных очагов. Установлена связь фаз поднятия с внедрением интрузий и эманационными процессами, которые их сопровождают. С такими фазами совпадает наиболее энергичное газо- и нефтеобразование в свитах, предшествовавших поднятию цикла седиментации.

Д.И. Менделеевым впервые, на примере Северного Кавказа, было подмечено, что чем дальше расположено место выхода газа от той магмы, из которой он образовался, тем больше он содержит углеводородов.

Все изложенное позволяет сделать предположение, что, по-видимому, основная масса углеводородов, поступающих в осадочную ободочку земли, не связана с разложением органического вещества и образуется не в результате воздействия воды на карбиды тяжелых металлов в глубоких недрах земли, как считал Д.И. Менделеев, и не вследствие прямых реакций в глубоких магматических очагах, как это предполагает Н.А. Кудрявцев, так как там для этого слишком высокая температура, и не в результате гипотетической дифференциации в перидотитовой оболочке земли, как это предполагает П.Н. Кропоткин, а в результате реакций происходящих в газово-паровом потоке, идущем от каждого очага расплавленных масс.

Устанавливая связь между магматическими породами и процессами образования нефти, можно говорить лишь о газах, дошедших до холодных слоев литосферы и способствующих нефтеобразованию при наличии значительного давления. Причем интрузии, залегающие глубоко, в свою активную фазу никаких эруптивных явлений не производят. Это одно из условий для равномерного проникновения магматических газов.

Присутствие молодых не остывших интрузии в зоне погружения Кавказского хребта вызывает и в настоящее время процессы образования нефти в более древних, чем молодые интрузии, породах. Закрытые на периферии Кавказского хребта значительной слаботеплопроводной кровлей, молодые интрузии и сейчас в центральных своих частях представляют расплав, находящийся в пневматолитовой стадии, что обусловливает суммарную меньшую плотность и отрицательные аномалии силы тяжести.

Отрицательные аномалии силы тяжести, бывшие в древних орогенах в их активную стадию развития, перешли в положительные благодаря полному остыванию и исчезновению газовой фазы интрузии. Этим объясняется преобладание положительных аномалий на современных платформах, возникших на месте древних орогенов. С этим, по-видимому, связана приуроченность газовых и нефтяных залежей главным образом к отрицательным аномалиям, в свитах мезокайнозоя — в молодых орогенах, а на платформах в свитах палеозоя — к районам с преобладанием положительных аномалий силы тяжести или незначительных, возможно, вновь развивающихся отрицательных аномалий.

Водород и метан образуются в процессе формирования изверженных пород из магмы, а его гомологи (тяжелые углеводороды) — в результате полимеризации молекул метана, которая происходит при каталитическом действии силикатов и окислов железа, содержащихся в горных породах по реакциям: СН4 + СН4 = C2H6 + H2: CH4 + С2Н6 = C3H8 + H2; CH4 + C3H8 = C4H10 + Н2 и т. д.

Следует отмстить, что синтез метана происходит при каталитическом действии никеля, содержащегося в породах при температуре 250—500° С, а синтез высших углеводородов — при катализе никеля, кобальта и железа при температуре 150—350° С и давлении от 1 до 30 атм.

Водород, как наиболее легко диффундирующий, достигает дневной поверхности быстрей других газов. Диффузия водорода происходит не только по трещинам, но, по-видимому, и через кристаллическую решетку минералов, слагающих горные породы. Имеются экспериментальные работы, результаты которых указывают на сравнительно легкую диффузию водорода даже при атмосферном давлении сквозь кварцевое стекло при температуре от 300 до 900°С. Проницаемость прямо пропорциональна температуре.

При одном и том же внешнем давлении водород проходит через стекло в сто раз скорее, чем азот и аргон.

Затем, в порядке убывающей последовательности по скорости миграции, к дневной поверхности поступает метан (CH4) и его гомологи — тяжелые углеводороды (C2H6; C3H8 и т. д.).

Из-за разной скорости диффузии различных газовых компонентов состав газовых струй должен существенно меняться при прохождении сквозь толщу пород. Метан и его гомологи, попадая из магматических пород в толщу осадочных пород, переходят из газообразной фазы в жидкую (нефть) (при соответствующих термодинамических условиях и гидростатическом давлении).

Приведенные ранее данные с достаточной убедительностью доказывают, что корни нефтегазоносности уходят глубоко в до-кембрийский фундамент. Подтверждением этому, по нашему мнению, с полным основанием может служить получение кембрийской нефти в Иркутской области. Допускать же, что полученная из кембрия нефть органического происхождения и, следовательно, образовалась свыше 500 млн. лет тому назад, по нашему мнению, никак нельзя, так как это противоречит всей истории геологического развития нашей планеты и возникновения на ней растительных и животных организмов.

Таким образом, разнообразные факты говорят о том, что диапазон вертикальной миграции углеводородов очень велик. He только метан, образующийся в результате синтеза водорода и окиси или двуокиси углерода, но и более сложные углеводороды поднимаются в верхние слои земной коры из кристаллического фундамента и еще более глубоких подкоровых слоев твердой земной оболочки. Представителем этих глубинных флюидов могут быть своеобразные газовые месторождения конденсатных залежей, обнаруженные за последние десятилетия в самых глубоких горизонтах нефтяных месторождений (на глубине 3,0—5 хм). Конденсация такого флюида при понижении давления даст жидкую метановую нефть и горючие газы.

Следует отметить, что характерными спутниками нефти являются газообразные углеводороды, свободный водород, азот и гелий, т. е. такие газы, для которых отчетливо выясняется глубинное происхождение. В.И. Вернадский первый обратил внимание на грандиозные масштабы выделения глубинных ювенильных газов (азота, метана, гелия и др.). Образно назвав их поднятие из недр «дыханием земли», он отметил приуроченнось этих газов к разломам и указал, что все крупные месторождения гелия (Амарильо в Техасе, Тиман, Кавказ и др.) связаны с выходами тектонических газовых струй — азотных, азотно-метановых, метановых.

В некоторых азотно-метановых струях гелий присутствует в концентрациях, в тысячи раз превышающих процентное содержание егo в атмосфере. Он имеет своим источником кристаллический фундамент, где постепенно накапливается вследствие распада радиоактивных элементов.

«Азот — указывал В.И. Вернадский — постоянно, в отличие от кислорода, приходит в земную атмосферу из глубоких частей земной коры... Во многих местах газовые струн, состоящие из почти чистого азота, содержат всегда благородные газы».

Таким образом, природные газы и, прежде всего, углеводородные в значительной мере формируются в подкоровой части Земли н затем мигрируют к дневной поверхности через толщу осадочных пород.

Наша планета а соответствии с геосферами также имеет и газовые сферы, которые в свою очередь разделяются на зоны.

В земной коре выделяются следующие геологические оболочки: (снизу вверх): а) базальтовая оболочка, б) гранитная оболочка, в) оболочка метаморфических пород, г) оболочка стратисферы (осадочных пород). В соответствии с геологическими оболочками выделяются газовые сферы, нижняя из которых приурочена к подкоровым частям земли и связана с ультраосновными породами (перидотитовая оболочка). На глубинах 40—60 км давление достигает примерно 10000—20000 кг/см.2, а температура — порядка 1000—1200° С, Следует полагать, что здесь вся масса находится в атомарном состояний. С этой геосферой связано начало всех геохимических процессов, приводящих к образованию вышележащих газовых сфер.

На границе базальтовой оболочки с перидотитовой (Sima) происходит при соответствующих термодинамических условиях образование водорода, а следовательно, водородной зоны. В гранитной оболочке при более низком давлении (600 кг/см2) и температуре 600° С происходит образование окиси и двуокиси углерода, которые, взаимодействуя с легко диффундирующим водородом, дают начало зоне газов, главным образом метановых, и частично его гомологов (тяжелых углеводородов). Метановые газы впоследствии при соответствующих термодинамических условиях переходят в жидкую фазу нефть).

Таким образом, как мы уже отмечали, первоначально возникают скопления газов преимущественно метанового состава — «сухого газа», затем они постепенно переходят в конденсатные залежи, состоящие из «жидкого газа», и далее в залежи легкой бензинистой, но уже жидкой нефти, которая в дальнейшем, при соответствующих термодинамических условиях, становится все тяжелее и тяжелее и, наконец, превращается в асфальт и твердые битумы.

Следовательно, для земной коры выделяются свои газовые зоны, которые в значительной степени обусловлены, с одной стороны. миграцией глубинных газов, главным образом метановых, с больших глубин к поверхности литосферы, а с другой стороны, миграцией поверхностных газов, главным образом кислородно-азотных (воздуха), в глубь земной коры.

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