Теории происхождения нефти и газа. Неорганическая теория происхождения нефти реферат


Теории происхождения нефти и газа — реферат

ФИЛИАЛ РГУ НЕФТИ  И ГАЗА ИМЕНИ 

И. М. Губкина В Г. ОРЕНБУРГЕ

 

 

 

 

 

РЕФЕРАТ

«теории  происхождения нефти  и газа»

 

 

 

 

Студент(ка) группы  отэз-11

Балмагамбетова  Ж.Ш.

 

пРЕПОДАВАТЕЛЬ

бЕРЕГОВАЯ н.г.

 

 

 

 

 

ОРЕНБУРГ 2012

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

Введение

1. Происхождение нефти  и газа

1.1 Современный взгляд

1.2 Другие теории образования  нефти

2. Состав и физические  свойства нефти и газа

2.1 Физические свойства  нефти и газа

2.2 Химический состав нефти  и газа

Заключение

Список использованной литературы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Бурный научно-технический прогресс и высокие темпы развития различных отраслей науки и мирового хозяйства в XIX - XX вв. привели к резкому увеличению потребления различных полезных ископаемых, особое место среди которых заняла нефть.        Нефть начали добывать на берегу Евфрата за 6 - 4 тыс. лет до нашей эры. Использовалась она и в качестве лекарства. Древние египтяне использовали асфальт (окисленную нефть) для бальзамирования. Нефтяные битумы использовались для приготовления строительных растворов. Нефть входила в состав "греческого огня". В средние века нефть использовалась для освещения в ряде городов на Ближнем Востоке, Южной Италии и др. В начале XIX в. в России, а в середине XIX в. в Америке из нефти путем возгонки был получен керосин. Он использовался в лампах. До середины XIX в. нефть добывалась в небольших количествах из глубоких колодцев вблизи естественных выходов ее на поверхность. Изобретение парового, а затем дизельного и бензинового двигателя привело к бурному развитию нефтедобывающей промышленности. Одновременно с развитием промышленности возникали вопросы о происхождении нефти и газа.

Вопросы об исходном веществе, из которого образовалась нефть, о процессах нефтеобразования и формирования нефти в концентрированную залежь, а отдельных залежей в месторождения до сего времени ещё не являются окончательно решёнными. Существует множество мнений как об исходных для нефти веществах, так и о причинах и процессах, обусловливающих её образование. В последние годы благодаря трудам главным образом советских геологов, химиков, биологов, физиков и исследователей других специальностей удалось выяснить основные закономерности в процессах нефтеобразования. В настоящее время установлено, что нефть органического происхождения, т.е. она, как и уголь, возникла в результате преобразования органических веществ.

 

 

Один из первых, кто высказал научно обоснованную концепцию о  происхождении нефти, был М.В. Ломоносов. В середине XVIII века в своём тракте «О слоях земных» великий русский  учёный писал, что нефть произошла  из каменного угля. Исходное вещество было одно: органический материал, преобразованный  сначала в уголь, а потом в  нефть. М.В. Ломоносов первый указал на связь между горючими полезными  ископаемыми - углём и нефтью и  выдвинул первую в мире гипотезу о  происхождении нефти из растительных остатков.     В XIX в. среди ученых были распространены идеи, близкие к представлениям М.В. Ломоносова. Споры велись главным образом вокруг исходного материала: животные или растения?     Немецкие ученые Г. Гефер и К. Энглер в 1888 г. поставили опыты, доказавшие возможность получения нефти из животных организмов. Была произведена перегонка сельдевого жира при температуре 400 °С и давлении 1 МПа. Из 492 кг жира было получено масло, горючие газы, вода, жиры и разные кислоты. Больше всего было отогнано масла (299 кг, или 61 %) плотностью 0,8105 г/см3, состоящего на 9/10 из УВ коричневого цвета. Последующей разгонкой из масла получили предельные УВ (от пентана до нонана), парафин, смазочные масла, в состав которых входили олефины и ароматические УВ. Позднее, в 1919 г. академиком Н.Д. Зелинским был осуществлен похожий опыт, но исходным материалом служил органогенный ил преимущественно растительного происхождения (сапропель) из озера Балхаш. При его перегонке были получены: сырая смола - 63,2 %; кокс - 16,0%; газы (метан, оксид углерода, водород, сероводород) - 20,8 %. При последующей переработке смолы из нее извлекли бензин, керосин и тяжелые масла.           Академик В.И. Вернадский обратил внимание на наличие в нефти азотистых соединений, встречающихся в органическом мире.

 

Предшественники академика  И.М. Губкина, русские геологи Андрусов и Михайловский также считали, что  на Кавказе нефть образовалась из органического материала. По мнению И.М. Губкина, родина нефти находится  в области древних мелководных  морей, лагун и заливов. Он считал, что уголь и нефть - члены одного и того же генетического ряда горючих  ископаемых.          Уголь образуется в болотах и пресноводных водоёмах, как правило, из высших растений. Нефть получается главным образом из низших растений и животных, но в других условиях. Нефть постепенно образовывалась в толще различных по возрасту осадочных пород, начиная от наиболее древних осадочных пород - кембрийских, возникших 600 млн. лет назад, до сравнительно молодых - третичных слоёв, сложившихся 50 млн. лет назад. Накопление органического материала для будущего образования нефти происходило в прибрежной полосе, в зоне борьбы между сушей и морем.  По вопросу об исходном материале существовали разные мнения. Некоторые учёные полагали, что нефть возникла из жиров погибших животных (рыбы, планктона), другие считали, что главную роль играли белки, третьи придавали большое значение углеводам. Теперь доказано, что нефть может образоваться из жиров, белков и углеводов, т.е. из всей суммы органических веществ.          И.М. Губкин дал критический анализ проблемы происхождения нефти и разделил органические теории на три группы: теория, где преобладающая роль в образовании нефти отводится погибшим животным; теория, где преобладающая роль отводится погибшим растениям, и, наконец, теория смешанного животно-растительного происхождения нефти.  Последняя теория, детально разработанная И.М. Губкиным, носит название сапропелитовой от слова “сапропель” - глинистый ил - и является господствующей. В природе широко распространены различные виды сапропелитов.

 

Различие в исходном органическом веществе является одной из причин существующего разнообразия нефтей. Другими причинами являются различие температурных условий вмещающих пород, присутствие катализаторов и др., а также последующие преобразования пород, в которых заключена нефть.           В СССР были проведены исследования, в результате которых удалось установить роль микроорганизмов в образовании нефти. Т.Л. Гинзбург-Карагичева, открывшая присутствие в нефти разнообразнейших микроорганизмов, привела в своих исследованиях много новых, интересных сведений. Она установила, что в нефтях, ранее считавшихся ядом для бактерий, на больших глубинах идёт кипучая жизнь, не прекращавшаяся миллионы лет подряд.          Целый ряд бактерий живёт в нефти и питается ею, меняя, таким образом, химический состав нефти. Академик И.М. Губкин в своей теории нефтеобразования придавал этому открытию большое значение. Гинзбург-Карагичевой установлено, что бактерии нефтяных пластов превращают различные органические продукты в битуминозные.     Под действием ряда бактерий происходит разложение органических веществ и выделяется водород, необходимый для превращения органического материала в нефть.        15 октября 1876 года, на заседании Русского химического общества выступил с обстоятельным докладом Д.И.Менделеев. Он изложил свою гипотезу образования нефти. Ученый считал, что во время горообразовательных процессов по трещинам-разломам, рассекающим земную кору, вглубь поступает вода. Просачиваясь в недра, она в конце концов встречается с карбидами железа, под воздействием окружающих температур и давления вступает с ними в реакцию, в результате которой образуются оксиды железа и углеводороды, например этан. Полученные вещества по тем же разломам поднимаются в верхние слои земной коры и насыщают пористые породы. Так образуются газовые и нефтяные месторождения.

 

В своих рассуждениях Менделеев  ссылается на опыты по получению  водорода и ненасыщенных углеводородов  путем воздействия серной кислоты  на чугун, содержащий достаточное количество углерода.   Правда, идеи "чистого химика" Менделеева поначалу не имели успеха у геологов, которые считали, что опыты, проведенные в лаборатории, значительно отличаются от процессов, происходящих в природе.  Однако неожиданно карбидная или, как ее еще называют, а биогенная теория о происхождении нефти получила новые доказательства - от астрофизиков. Исследования спектров небесных тел показали, что в атмосфере Юпитера и других больших планет, а также в газовых оболочках комет встречаются соединения углерода с водородом. Ну, а раз углеводороды широко распространены в космосе, значит в природе все же идут и процессы синтеза органических веществ из неорганики. Но ведь именно на этом и построена теория Менделеева.     Итак, на сегодняшний день налицо две точки зрения на природу происхождения нефти. Одна - биогенная. Согласно ей, нефть образовалась из остатков животных или растений. Вторая теория - абиогенная. Подробно разработал ее Д.И.Менделеев, предположивший, что нефть в природе может синтезироваться из неорганических соединений.     И хотя большинство геологов придерживается все-таки биогенной теории, отзвуки этих споров не затихли и по сей день. Уж слишком велика цена истины в данном случае. Если правы сторонники биогенной теории, то верно и опасение, что запасы нефти, возникшие давным-давно, вскоре могут подойти к концу. Если же правда на стороне их оппонентов, то вероятно, эти опасения напрасны. Ведь землетрясения и сейчас приводят к образованию разломов земной коры, воды на планете достаточно, ядро ее, по некоторым данным, состоит из чистого железа… Словом, все это позволяет надеяться, что нефть образуется в недрах и сегодня, а значит, нечего опасаться, что завтра она может кончиться.

 

Давайте посмотрим, какие  доводы приводят в защиту своих точек  зрения сторонники одной и другой гипотез.       Но прежде несколько слов о строении Земли. Это поможет нам быстрее разобраться в логических построениях ученых. Упрощенно говоря, Земля представляет собой три сферы, расположенные внутри друг друга. Верхняя оболочка - это твердая земная кора. Глубже расположена мантия. И наконец, в самом центре - ядро. Такое разделение вещества, начавшееся 4,5 миллиарда лет тому назад, продолжается и по сей день. Между корой, мантией ядром осуществляется интенсивный тепло- и массообмен, со всеми вытекающими отсюда геологическими последствиями - землетрясениями, извержениями вулканов, перемещениями материков...      Первые попытки объяснить происхождение нефти относится еще ко временам античности. Сохранилось, например, высказывание древнегреческого ученого Страбона, жившего около 2000 лет тому назад: "В области аполлонийцев есть место под названием Нимфей, - писал он, - это скала, извергающая огонь, а под ней текут источники теплой воды и асфальта, вероятно, от сгорания асфальтовых глыб под землей...".  Страбон объединил в целое два факта: извержение вулканов и образование асфальтов (так он называл нефть). И... ошибся! В упомянутых им местах нет действующих вулканов. Не было их и двадцать столетий назад. То, что Страбон принял за извержения, на самом деле - выбросы, прорывы подземных вод (так называемые грязевые вулканы), сопровождающие выходы нефти и газа на поверхность. И в наши дни подобные явления можно наблюдать на Апшероне и Таманском полуострове. Впрочем, несмотря на ошибку, в рассуждениях Страбона было здравое зерно - его толкование происхождения нефти имело под собой материалистическую почву. Эта линия прервалась надолго. Лишь в 1805 году, основываясь на собственных наблюдениях, сделанных в Венесуэле, на описаниях извержения Везувия, известный немецкий естествоиспытатель А.Гумбольд снова возвращается к материалистической точке зрения. "...Мы не можем сомневаться в том, - пишет он, - что нефть представляет продукт перегонки на громадных глубинах и происходит из примитивных горных пород, под которыми покоится энергия всех вулканических явлений."  Неорганическая теория происхождения нефти выкристаллизовывалась постепенно, и к тому моменту, когда Менделеев выдвинул свою теорию карбидного происхождения нефти, неорганики накопили достаточное количество фактов и рассуждений. И последующие годы добавляли в их копилку новые сведения.         В 1877-1878 годах французские ученые, воздействуя соляной кислотой на зеркальный чугун и водяными парами на железо при белом калении, получили водород и значительное количество углеводородов, которые даже по запаху напоминали нефть.         Кроме вулканической гипотезы у сторонников абиогенного происхождения нефти есть еще и космическая. Геолог В.Д.Соколов в 1889 году высказал предположение, что в тот далекий период, когда вся наша планета еще представляла собой газовый сгусток, в составе этого газа присутствовали и углеводороды. По мере охлаждения раскаленного газа и перехода его в жидкую фазу, углеводороды постепенно растворялись в жидкой магме. Когда же из жидкой магмы стала образовываться твердая земная кора, она, согласно законам физики, уже не могла удержать в себе углеводороды. Они стали выделяться по трещинам в земной коре, поднимались в верхние ее слои, сгущаясь и образуя здесь скопления нефти и газа.             Уже в наше время обе гипотезы - вулканическая и космическая - были объединены в единое целое новосибирским исследователем В.Сальниковым. Он использовал предположение, что планетка, имевшая в своем составе большое количество углеводородов, находясь на чересчур низкой орбите, постепенно тормозилась о верхние слои атмосферы и в конце концов упала на Землю, как это происходит с искусственными спутниками. Резкий толчок активизировал вулканическую и горообразовательную деятельность. Миллиарды тонн вулканического пепла, мощнейшие грязевые потоки завалили принесенные из космоса углеводороды, похоронили их в глубоких недрах, где под действием высоких температур и давлений они превратились в нефть и газ.           В качестве обоснования своих выводов Сальников указывает на необычное расположение месторождений нефти и газа. Соединив между собой крупные зоны обнаруженных месторождений, он получил систему параллельных синусоидальных линий, которая, по его мнению, весьма напоминает проекции траекторий искусственных спутников Земли.  Рассказ о неорганических гипотезах нельзя будет считать полным, если не упомянуть известного геолога-нефтника Н.А.Кудрявцева. В 50-е годы он собрал и обобщил огромный геологический материал по нефтяным и газовым месторождениям мира.       Прежде всего Кудрявцев обратил внимание на то, что многие месторождения нефти и газа обнаруживаются под зонами глубинных разломов земной коры. Сама по себе такая мысль не была новой: на это обстоятельство обратил еще Д.И.Менделеев. Но Кудрявцев намного расширил географию применения таких выводов, глубже обосновал их. Например, на севере Сибири, в районе так называемого Мархининского вала, очень часто встречаются выходы нефти на поверхность. На глубину до двух километров все горные породы буквально пропитаны нефтью. В то же время, как показал анализ, количество углерода, образовавшегося одновременно с породой чрезвычайно невелико - 0,02-0,4%. Но по мере удаления от вала количество пород, богатых органическими соединениями, возрастает, а вот количество нефти резко уменьшается.    На основании этих и других данных Кудрявцев утверждает, что нефтегазоносность Мархининского вала скорее всего связан не с органическим веществом, а с глубинным разломом, который и поставляет нефть из недр планеты.

 

Подобные же образования  имеются в других регионах мира. Скажем, в штате Вайоминг (США) жители издавна отапливают дома кусками  асфальта, который они берут в  трещинах горных город соседних Медных гор. Но сами по себе граниты, из которых  состоят те горы, не могут накапливать  нефть и газ. Эти полезные ископаемые могут поступить только из земных глубин по образовавшимся трещинам.         Более того, найдены следы нефти в кимберлитовых трубках - тех самых, в которых природа осуществила синтез алмазов. Такие каналы взрывного разлома земной коры, образовавшиеся в результате прорыва глубинных газов и магмы, могут оказаться вполне подходящим местом и для образования нефти и газа.        Обобщив эти и множество других фактов, Кудрявцев создал свою магматическую гипотезу происхождения нефти. В мантии Земли под давлением и при высокой температуре из углерода и водорода сначала образуются сначала углеводородные радикалы СН, СН2 и СН3. Они движутся в веществе мантии от области высокого к области низкого давления. А так как в зоне разломов перепад давлений особенно ощутим, углероды и направляются в первую очередь именно сюда. Поднимаясь в слои земной коры, углеводороды в менее нагретых зонах реагируют друг с другом и с водородом, образуя нефть. Затем образовавшаяся жидкость может перемещаться как вертикально, так и горизонтально по имеющимся в породе трещинам, скапливаясь в ловушках.      Исходя из теоретических представлений, Кудрявцев советовал искать нефть не только в верхних слоях, но и глубже. Этот прогноз блестяще подтверждается, и глубина бурения с каждым годов возрастает.   В середине 60-х годов удалось ответить на такой важный вопрос: "Почему столь "нежные" углеводородные соединения, из которых состоит нефть, не распадаются в недрах Земли на химические элементы при высокой температуре?" Действительно, такое разложение вполне можно наблюдать даже в школьной лаборатории. На подобных реакциях зиждется деструктивная переработка нефти. Оказалось, что в природе дело обстоит как раз наоборот - из простых соединений образуются сложные... Математическим моделированием химических реакций доказано, что подобный синтез вполне допустим, если к высоким температурам мы добавим еще и высокие давления. То и другое, как известно, в избытке имеется в земных недрах.         В ученом споре о возникновении нефти другая сторона - это адепты биогенной теории.         Биогенной теории придерживались многие серьезные отечественные и зарубежные ученые. Академик В.И.Вернадский, основоположник современной геохимии нефти, еще в начале века писал: "Организмы, несомненно, являются исходным веществом нефтей".   Академик И.М.Губкин в своей книге "Учение о нефти", впервые увидевшей свет в 1932 году, наиболее обстоятельно и полно подвел научный итог тогдашней истории нефтяного и газового дела.     В качестве исходного вещества для образования нефти Губкин рассматривал уже знакомый нам сапропель - битуминозный ил растительно-животного происхождения. В прибрежной полосе моря, где жизнь особенно активна, происходит сравнительно быстрое накапливание этих органических остатков. Через какое-то время они перекрываются более молодыми отложениями, которые предохраняют их от окисления. Дальнейшие процессы идут уже без доступа кислорода под воздействием анаэробных бактерий.             По мере погружения пласта, обогащенного органическими остатками, под воздействием последующего наноса и тектонических перемещений в глубину, в нем возрастают температуры и давления. Эти процессы, которые впоследствии получили название катагенеза, и приводят в конце концов к преобразованию органики в нефть.       Взгляды Губкина на образование нефти лежат в основе современной гипотезы ее органического происхождения. В наше время многие ее положения расширены и дополнены. Так, скажем, долгое время считалось, что первоначальное накопление органического вещества обязательно должно идти в океане. Но, видимо, нефть может формироваться и в континентальной обстановке, ведь в болотах, озерах, реках достаточно органического вещества.           Детально рассмотрен и сам процесс формирования нефтяных месторождений. Выделяют пять основных стадий осадконакопления и преобразования органических остатков в нефть.     Первая стадия: в осадок, образующийся в море или в пресном водоеме, вносятся органические вещества с небольшим количеством углеводородного нефтяного ряда, синтезированных живыми организмами.    Вторая стадия: накопленный на дне осадок преобразуется, уплотняется, частично обезвоживается. При этом часть вещества разлагается с выделением диоксида углерода, сероводорода, аммиака и метана. Словом, получается картина, частенько наблюдаемая на болотах.    Третья стадия: биохимические процессы постепенно затухают. Сравнительно небольшая температура земных недр на данной глубине (порядка 50 С) определяет низкую скорость реакций. Концентрация битумов и нефтяных углеводородов возрастает слабо, в составе газовых компонентов преобладает диоксид углерода.       Четвертая стадия: осадок погружается на глубину 3-4 километров, окружающие температуры возрастают до 150 С. Происходит отгонка нефтяных углеводородов из рассеянного органического вещества в пласт. Попав в проницаемые породы-коллекторы, нефть начинает новую жизнь, образует промышленные залежи.        И наконец, пятая стадия: на глубине 4,5 километра и более при температурах свыше 180 С органическое вещество прекращает выделение нефти и продолжает генерировать лишь газ.      Кроме температуры и давления в природных процессах принимает участие и электричество. Член-корреспондент АН СССР А.А.Воробьев выдвинул предположение, что в развитии нашей планеты немалую роль играли именно электрические процессы. По его мнению, горные породы обладают гораздо большими диэлектрическими свойствами, чем атмосфера. А если так, то грозы могут бушевать не только над, но и под землею.  В результате сильных электрических разрядов возникают частицы плазмы, которые обладают высокой химической активностью. Это обстоятельство, в свою очередь, создает предпосылки для протекания таких реакций, которые невозможны при обычных условиях. По мнению Воробьева, метан, выделяющийся из органических соединений, при воздействии подземного электрического разряда может подвергнуться частичному дегидрированию, образуются свободные углеводородные радикалы СН, СН2, и СН3. Соединяясь между собой, они образуют ацетилен, этилен и другие углеводороды, входящие в состав нефти.    Одним из основных механизмов электризации горных пород, согласно рассуждениям Воробьева, является трение в месте контакта горных пород при взаимном перемещении в ходе тектонических процессов. Таким образом, процессы трещинообразования в земной коре могут способствовать превращению механической энергии в электрическую.    И представьте себе, эти весьма неожиданные рассуждения нашли подтверждение в геологической практике. Еще в 1933 году было отмечено, что формы облаков в зонах разломов земной коры резко отличаются от облаков в тех местах, где трещин нет. Современные геофизические приборы указывают, что в приземном слое воздуха над зонами разломов земной коры увеличена электропроводимость.        Есть и еще одна интересная гипотеза. В соответствии с ней, нефть образуется также из органических остатков, затянутых вместе с океаническими осадками в зону, где происходил подвиг океанической плиты под континентальную. Говоря другими словами, существуют тектонические процессы, которые позволяют органическим веществам оказаться на весьма больших глубинах. При этом механизм затягивания осадков в зону подвига жестких плит аналогичен механизму попадания жидких смазочных масел в зазоры между трущимися жесткими деталями в различных технических устройствах и машинах.

turboreferat.ru

Теории происхождения нефти и газа — реферат

АСТРАХАНСКИЙ ГОСУДРАСТВЕННЫЙ  ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

 

 

 

 

 

 

 

Реферат

на  тему: «Проблема происхождения нефти»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Оглавление

Введение 3

1. Теории происхождения нефти и газа 4

2.1 Органическая теория происхождения нефти и газа 5

2.2 Неорганическая теория происхождения углеводородов……………….……..10

3. Заключение……………………………………………………………………………………………………12

 

Введение

Проблема  происхождения нефти и углеводородного  газа давно привлекает внимание исследователей - геологов и геохимиков.

Происхождение нефти и газа является очень сложной  проблемой, поскольку здесь тесно  переплетаются вопросы химии, физики, геологии, геохимии и биохимии. Образование  углеводородов и других веществ, входящих в состав нефти и газа, и их изменения представляют собой  ряд химических, а образование  нефтегазовых залежей - ряд физических и физико-химических процессов. Всё  это происходит на фоне процессов  геологического развития, влияющих на образование и миграцию нефти  и газа и при том в аспекте  геологического времени.

Нефть и все другие горючие полезные ископаемые, так же как рассеянное органическое вещество осадочных пород, генетически связаны с живым  веществом нашей планеты, с биосферой  прошлых геологических эпох. Проблема происхождения нефти, нижний возрастной предел её образования тесно связаны  с возрастом возникновения жизни  на Земле. На протяжении веков учёными  было выдвинуто множество теорий происхождения нефти, но более правдоподобными  и обоснованными на сегодняшний  день являются теории, которые принимают  за исходный материал для образования  нефти органическое вещество, их ещё  можно назвать органогенными. Данный вид теорий и будет рассмотрен в настоящей работе.

Проблема  происхождения нефти имеет не только теоретическую, но и практическую значимость. Изучение происхождения  нефти необходимо для определения  критериев возможного нахождения месторождений  нефти при их поиске. Зная палеогеографические, фациальные, геохимические условия  образования нефти, можно будет  получить данные, какие территории являются перспективными для поисков  и добычи нефти. Кроме того, знание условий образования нефти и  закономерностей размещения её скоплений  в земной коре позволяет научно обоснованно  и эффективно вести поиски месторождений, подходить к открытию новых нефтеносных  областей независимо от существования  обычных видимых признаков нефтегазоносности. «Зная, где, из чего и при каких условиях образуется нефть, мы можем искать эти условия в природе и подходить к открытию новых нефтеносных областей, независимо от существования обычных видимых признаков нефтегазоносности в виде выходов нефти, газов и т.д.».

Работа  посвящена одной из сложнейших проблем  современной геологии - флюидодинамике осадочных бассейнов (ОБ), происхождению нефти и формированию месторождений углеводородов (УВ), обсуждаемой в научной литературе более 100 лет и не нашедшей к настоящему времени однозначного решения. В работе сделана попытка обобщения накопившейся к настоящему времени информации, включающей огромный и разнообразный теоретический, экспериментальный и эмпирический материал о нефтегазоносных структурах, геохимических исследованиях, геодинамике, гидрогеодинамике и др.

1. Теории происхождения нефти и газа

Существует  две теории происхождения нефти  органическая и неорганическая. Проблема состоит в том какая из них верна.

К 19 веку споры, в основном, сводилось  к вопросу, что послужило исходным материалом, сырьем для образования  нефти: остатки растений или животных?

Немецкие  ученые Г.Гефер и К.Энглер в 1888 году поставили опыты по перегонке рыбьего жира при температуре 400 С и давлении порядка 1 МПа. Им удалось получить и предельные углеводороды, и парафин, и смазочные масла, в состав которых входили алкены, нафтены и арены.

Позднее, в 1919 году, академик Н.Д.Зелинский провел похожий опыт, но исходным материалом послужил органический ил растительного  происхождения - сапропель - из озера  Балшах. При его переработке удалось получить бензин, керосин, тяжелые масла, а также метан…

Но  с другой стороны, в 1866 году французский  химик М.Бертло высказал предположение, что нефть образовалась в недрах Земли из минеральных веществ. В подтверждение своей теории он провел несколько экспериментов, искусственно синтезировав углеводороды из неорганических веществ.

Десять  лет спустя, 15 октября 1876 года, на заседании  Русского химического общества выступил с обстоятельным докладом Д.И.Менделеев. Он изложил свою гипотезу образования  нефти. Ученый считал, что во время  горообразовательных процессов  по трещинам-разломам, рассекающим  земную кору, вглубь поступает вода. Просачиваясь в недра, она в конце концов встречается с карбидами железа, под воздействием окружающих температур и давления вступает с ними в реакцию, в результате которой образуются оксиды железа и углеводороды, например этан. Полученные вещества по тем же разломам поднимаются в верхние слои земной коры и насыщают пористые породы. Так образуются газовые и нефтяные месторождения.

В своих рассуждениях Менделеев ссылается  на опыты по получению водорода и  ненасыщенных углеводородов путем  воздействия серной кислоты на чугун, содержащий достаточное количество углерода.

Однако  неожиданно карбидная или, как ее еще называют, абиогенная теория о  происхождении нефти получила новые  доказательства - от астрофизиков. Исследования спектров небесных тел показали, что  в атмосфере Юпитера и других больших планет, а также в газовых  оболочках комет встречаются  соединения углерода с водородом. Ну, а раз углеводороды широко распространены в космосе, значит в природе все же идут и процессы синтеза органических веществ из неорганики. Но ведь именно на этом и построена теория Менделеева.

И хотя большинство геологов придерживается все-таки биогенной теории, отзвуки  этих споров не затихли и по сей  день. Уж слишком велика цена истины в данном случае. Если правы сторонники биогенной теории, то верно и опасение, что запасы нефти, возникшие давным-давно, вскоре могут подойти к концу. Если же правда на стороне их оппонентов, то вероятно, эти опасения напрасны. Ведь землетрясения и сейчас приводят к образованию разломов земной коры, воды на планете достаточно, ядро ее, по некоторым данным, состоит из чистого железа… Словом, все это позволяет надеяться, что нефть образуется в недрах и сегодня, а значит, нечего опасаться, что завтра она может кончиться.

Для объяснения механизмов происхождения  нефти и образования её залежей  было выдвинуто много гипотез  и теорий. Вполне законченная теория генезиса нефти должна дать достаточно подробный ответ на следующие  основные вопросы:

1. Из каких исходных веществ  образовалась нефть и сопровождающий  её газ?

2. Какие причины обусловили образование  нефти и газа, и каков был  ход нефте- и газообразования?

3. Каким путём образовались скопления  или залежи нефти и газа?

Законченная теория генезиса нефти должна, следовательно, подробно и научно обоснованно объяснить  весь путь от исходного вещества до крупных скоплений нефти и  газа в многочисленных промышленных месторождениях, приуроченных к различным  геологическим условиям.

2.1 Органическая теория происхождения  нефти и газа

В основе органической, биогенной теории нефтеобразования лежит представление о происхождении нефти из биогенного органического вещества подводных (субаквальных) осадочных отложений. Этот процесс, по мнению сторонников органической теории, носит стадийный характер. Нефть представляет собой продукт превращения органического вещества.

Нефть - результат литогенеза. Она представляет собой жидкую (в своей основе) гидрофобную фазу продуктов фоссилизации (захоронения) органического вещества (керогена) в водно-осадочных отложениях.

Нефтеобразование - стадийный, весьма длительный (обычно 50--350 млн. лет) процесс, начинающийся ещё в живом веществе. Выделяется ряд стадий:

- осадконакопление - во время которого остатки живых организмов выпадают на дно водных бассейнов;

- биохимическая - процессы уплотнения, обезвоживания и биохимические процессы в условиях ограниченного доступа кислорода;

- протокатагенез - опускание пласта органических остатков на глубину до 1,5-2 км, при медленном подъёме температуры и давления;

- мезокатагенез или главная фаза нефтеобразования (ГФН) -- опускание пласта органических остатков на глубину до 3--4 км, при подъёме температуры до 150 °C. При этом органические вещества подвергаются термокаталитической деструкции, в результате чего образуются битуминозные вещества, составляющие основную массу микронефти. Далее происходит отгонка нефти за счёт перепада давления и эмиграционный вынос микронефти в песчаные пласты-коллекторы, а по ним в ловушки;

- апокатагенез керогена или главная фаза газообразования (ГФГ) - опускание пласта органических остатков на глубину более 4,5 км, при подъёме температуры до 180-250 °C.

При этом органическое вещество теряет нефтегенерирующий потенциал и реализовывает метаногенерирующий потенциал.

Уже давно было установлено, что большинство  осадочных отложений морского (субаквального) происхождения содержит определенное количество рассеянных органических веществ: остатки растительного и животного  мира. В количественном отношении  органическое вещество осадочных отложений  составляет от граммов на 1 м3 породы в соленосных отложениях до 6 кг на 1 м3 в горючих сланцах. В глинах содержание органического вещества (ОВ) составляет 300-500 г на 1 м3, в алевролитах - 200 г на 1 м3, в известняках - 250 г  на 1 м3 породы. Кларковое значение органического вещества принимается 400 г на 1 м3 породы. Различают органическое вещество сапропелевого типа и гумусового типа. Если накопление и изменение органического вещества происходит под водой при недостаточном доступе воздуха, оно сводится к процессу перегнивания, возникают углеводы. Это гумусовые вещества (главная часть почвы). Если же изменение органического вещества происходит под водой, без доступа кислорода, то происходит процесс гниения - это восстановительный процесс в химическом отношении (еще Потонье назвал «медленную перегонку»). И.М. Губкин писал в своей книге «Учение о нефти», что «мелкие застойные бассейны являются типичными районами отложения органического вещества углеводородного состава. В огромных количествах здесь развиваются сине-зеленые водоросли, мелкие членистоногие и другой планктон. Умирая, последние вместе с остатками других растений падают на дно бассейна, образуя мягкий, иногда мощный слой органического ила, который называется «сапропель» (гнилой ил).

Накопления  сапропеля, отмечает Губкин, происходит в прибрежных частях морей (в лагунах, лиманах). Сапропель при сухой перегонке дает до 25% по весу жирных, похожих на нефть масел (Учение о нефти. 1975. С. 26).

Нефтеобразование - сложный процесс, который происходит в недрах Земли за большой промежуток времени. Мы видим только фиксированные результаты - в виде залежей и месторождений нефти. Эти процессы происходили в нефтематеринских свитах. Нефтематеринскими являются самые разнообразные отложения, формировавшиеся под водой и содержащие рассеянное органическое вещество не ниже кларкового. Наиболее высокопотенциальные нефтематеринские отложения - это глинисто-карбонатные образования, содержащие сапропелевое органическое вещество в количестве почти на порядок выше кларка - это так называемые доманикиты. Они присутствуют во всех системах фанерозоя, отмечаются в докембрийских толщах, они прослеживаются на разных континентах на одних и тех же стратиграфических уровнях. Наиболее значительные по масштабам накопления органического вещества отмечены на границе венда-кембрия, в конце девона - начале карбона, в конце юры - начале мела. Величина органического вещества за счет продукции фитопланктона (растительный планктон, обитающий в воде на глубинах 100-200 м, «блуждающий» зоопланктон - в основном фораминиферы с известковой раковиной, радиолярии и т.д.) в мировом океане составляет 18 млрд. тонн в год.

Первичная жизнь зародилась на Земле 3,5 млрд лет назад.  В кембрийской эпохе в водной оболочке Земли уже были разнообразные формы жизни. В раннем палеозое огромные пространства Земли были заняты океанами и морями, животный мир был представлен беспозвоночными организмами и водорослями. Уже в силуре органический мир начал осваивать сушу, появились первые наземные растения.

Наиболее  благоприятные условия для развития жизни в водоемах находятся в  интервале глубин 60-80 м. Это шельфовая  часть подводных окраин континентов. Накопление органического вещества в водоемах зависит от типа бассейна - океан ли это, озеро или эпиконтинентальное море. В отложениях внутриконтинентальных  морей, от берега дальше в направлении  центра, содержание органического вещества нарастает. Считается, что 50% всего органического  вещества приходится на подводные окраины  континентов. Как отметил в своей  книге «Учение о нефти» академик Губкин , наилучшие условия для накопления органического вещества имеются в прибрежных частях морей (в заливах, бухтах, лиманах, в открытом море недалеко от берега), где осадконакопление идет в пресной и в соленой воде, где идет борьба между морем и сушей, где происходит чередование отложений: осадки глинистого характера, содержащие богатый органический материал, сменяются песком. В этой части бассейна отлагаются те отложения, которые являются нефтематеринскими. «Как мы видим теперь, родина нефти не в пресноводных бассейнах, не в болотах, а в областях древних мелководных морей, их заливах и прочих частях...» (Губкин И.М. Учение о нефти. 1975. С. 335).

В основе всего живого лежат 6 элементов: углерод С; кислород О; фосфор Р; водород Н; азот N; сера S. Основными биохимическими компонентами живых организмов являются белки; углеводы, липиды, лигнин, целлюлоза, причем углеводы и белки составляют 90% живого организма.

Обогащенные органическим веществом нефтематеринские толщи погружаются, попадают в область высоких температур и давлений.

Академик  Губкин написал также в своей  известной книге, что нефтеобразование идет стадийно. На стадиях седиментогенеза и диагенеза формируются нефтематеринские и газоматеринские осадки, формируется исходное органическое вещество. На первой стадии в органическом веществе осадков происходят биохимические процессы, в результате которых возникает «кероген» - нерастворимое органическое вещество (для большинства наших ученых кероген - это органическое вещество в целом, для зарубежных ученых под керогеном понимается часть органического вещества, нерастворимая в органических растворителях). Образуется много газообразных продуктов, но они рассеиваются. Часть газа растворяется в воде и захороняется и при повышенных концентрациях может представлять интерес для промышленной добычи (в водах острова Киву в одном из рифтовых озер Африки, в глубоководной части содержатся 50 млрд м3 метана). В Японии из плиоцена и плейстоцена, в пластовых водах которых много метана, производится добыча газа, в составе которого метана - 90-97%, углекислого газа - 1-8%, азота - 0,5-3%, но, в целом, на этой стадии нефти пока нет.

yaneuch.ru

Теории происхождения нефти и газа — реферат

Дальнейшее  погружение приводит к тому, что  нефтематеринские породы попадают в зону катагенеза (катагенез - это изменение осадочных пород в условиях повышенных температур и давлений), где происходит образование от исходного органического вещества газообразных (углекислый газ, метан, сероводород, аммиак) и жидких продуктов углеводородов.

В 1967 г. Н.Б.Вассоевич выступил с утверждением, что нефтеобразование происходит на стадии среднего катагенеза при глубине отложений 2-3 км и температуре 80-150?С. Он назвал этот интервал «главной фазой нефтеобразования», в которой решающим фактором является температура. Это наиболее оптимальные условия нефтеобразования. За рубежом этот интервал называют «нефтяным окном».

Газообразование - более распространенный процесс  и происходит с разной интенсивностью на стадиях диагенеза и катагенеза.

Еще В.А.Соколов в 1948 г. выделил в осадочных  отложениях сверху вниз несколько зон  по их способности к нефтегазогенерации. Зона I - глубина 0-150 м - биохимическая. Характеризуется развитием биохимических процессов в органическом веществе с выделением газов.  Зона II - глубина 1-1,5 км - переходная. Биохимические процессы затухают. Зона III - глубина от 1,5 до 6 км - термокаталитическая. Самая важная для нефтеобразования.

Зона IV - глубина 6 км и более - газовая. В  ней образуется преимущественно  метан.

Указанные Соколовым глубины были ориентировочные, но они свидетельствовали о намечаемой вертикальной зональности в распределении  месторождений углеводородов в  осадочной толще.

Итак, процесс нефтеобразования согласно органической теории - стадийный. На стадиях осадконакопления и диагенеза (становления осадка) формируются нефтегазоматеринские породы, обогащенные органическим веществом. На стадии катагенеза реализуются потенциальные возможности нефтегазоматеринских пород генерировать газ, нефть, конденсат. Процесс начинается с образования газа, которое сопутствует нефтеобразованию и завершает его.

Процесс интенсивного образования нефти  Н.Б.Вассоевич назвал Главной фазой нефтеобразования, а глубинный интервал - Главной зоной нефтеобразования (ГЗН). Температура в Главной зоне нефтеобразования - 60-150?С. Такие температуры в среднем существуют на глубинах 2-4 км, в зависимости от геотермического градиента. При температуре 150?С из керогена интенсивно генерируются нефть, конденсат и жирный газ.

А.Э.Конторович подсчитал, что в Главной зоне нефтеобразования из одной тонны органического вещества сапропелевого типа образуется 37 кг битумоида, а в случае гумусового типа - 16-19 кг.

Ведущими  факторами превращения нефтематеринских пород в нефтепроизводящие являются температура, давление, геологическое время и тектонические движения. Под действием этих факторов происходит катагенез.

Погружение  нефтематеринских пород до глубин с температурой 200-300?С приводит к тому, что кероген генерирует метан. Нижняя зона метанообразования не установлена, бурением подошвы этой зоны, по мнению французских ученых Б.Тиссо и Д.Вельте , не может быть достигнута.

Таким образом, на основании вышесказанного можно сделать следующие выводы.

1. Органическая теория происхождения  нефти считает первым доказательством  нефтеобразования за счет органического вещества приуроченность месторождений нефти и газа к осадочным бассейнам. Причем имеется связь между запасами нефти и газа с объемом нефтегазоматеринских отложений, находившихся в очаге генерации.

2. Второе доказательство связи  нефти с живым веществом - присутствие  в нефти реликтовых углеводородов,  или хемофоссилий, которые являются биологическими маркерами между нефтью и исходным органическим веществом.

3. Оптическая активность или способность  нефти вращать плоскость поляризованного  света связана с присутствием  в молекуле асимметричного атома  углерода, все валентности которого  насыщены различными атомами  или радикалами, что свойственно  только биологическим системам.

Получается, что на сегодня органическая теория происхождения нефти лучше аргументирована, чем неорганическая, но все же вопросы  происхождения нефти, миграции, аккумуляции, формирования месторождений являются нерешенными, дискуссионными в силу наличия совершенно противоположных мнений.

2.2 Неорганическая теория происхождения углеводородов

Исторически неорганическая теория возникла раньше органической. До середины XIX в. нефть использовалась там, где имелись её выходы на поверхности - в Средиземноморье, в Калифорнии, Венесуэле и др. Ряд ученых того времени, например немецкий естествоиспытатель А.Гумбольдт, связал образование нефти и асфальта с вулканами.

Во  второй половине XIX в. химикам удалось  в лабораторных условиях синтезировать  ацетилен С2Н2, углеводороды метанового ряда.

Знаменитый  химик Д.И.Менделеев создал свою известную «карбидную» теорию происхождения  нефти и выступил на заседании  Русского химического общества в 1877 г., причем его гипотеза была обоснована на большом фактическом материале  и сразу же завоевала популярность. Менделеев указал, что открытые к  тому времени месторождения нефти  сконцентрированы в окраинах горно-складчатых сооружений, линейно вытянуты, тяготеют к зонам крупных разломов. Через  эти разломы вода проникает вглубь Земли, вступает в реакцию с углеродистыми  металлами - с карбидами металлов, в результате чего возникает нефть, которая поднимается вверх, образует залежи:

2FeC+3h3O=Fe2O3+C2H6

Этот  процесс, по Менделееву, происходил не только в прошлые геологические  периоды, но и происходит сейчас.

Карбидную теорию критиковал академик И.М.Губкин. Для карбидного варианта происхождения  нефти необходимо существование  проводящих путей воды к жидким карбидам и обратно, из очагов генерации к  местам скопления нефти и газа. Губкин показал невозможность существования  подобных трещин - проводящих путей  от ядра Земли к верхней твердой  оболочке. Препятствием является, по Губкину, пластичный базальтовый пояс, затрудняющий как проникновение воды вниз, так  и обратный восходящий поток нефти  и газа. Кроме того, в качестве аргумента против карбидной теории Губкин ссылался на тот факт, что  образованные неорганическим путем  нефти оптически неактивны, в  то время как природная нефть  оптически активна, способна вращать  плоскость поляризации светового  луча.

Кроме карбидной известна космическая  теория происхождения нефти. Автор  этой теории русский геолог Н.А.Соколов  выдвинул её в 1892 г. Он считал, что углеводороды изначально существовали в первозданном веществе Земли или образовались на ранних высокотемпературных стадиях  её образования. С охлаждением Земли  нефть поглощалась и растворялась в жидкой расплавленной магме. Впоследствии, когда возникла земная кора, из магмы  выделились углеводороды, которые по трещинам в земной коре поднимались в верхние части, сгущались и там образовали скопления.

Н.А. Соколов в качестве аргумента  своей теории принял факты обнаружения  углеводородов в метеоритах.

Академик  Губкин, критикуя эту теорию, написал, что она основана лишь на теоретических  рассуждениях и не подтверждается геологическими наблюдениями. Губкин считал, что в  природе в очень небольших  количествах можно допускать  образование нефти неорганическим путем, но это не имеет практического  значения, основная масса скоплений  нефти имеет все-таки органическое происхождение.

Необходимо  сказать о некоторых наших  крупных ученых-нефтяниках, которые  в середине XX в. выступили с наиболее обоснованной теорией неорганического  происхождения нефти. Это Н.А. Кудрявцев, В.Б.Порфирьев, П.Н. Кропоткин и их сторонники.

Кудрявцев считал, что из углерода и водорода, имеющихся в магме, образуются радикалы СН, СН2, СН3, которые выделяются из магмы, как и кислород, и служат исходным материалом для образования нефти в более холодных зонах земной коры. По мнению Кудрявцева, нефть, газы из мантии Земли по глубинным разломам поднимаются вверх в осадочную оболочку Земли.

Порфирьев считал, что нефть поступала с  глубинных зон Земли не в форме  углеводородных радикалов, а со всеми  свойствами, присущими естественной нефти. Флюиды поднимались в сильно нагретом состоянии и под огромным давлением прорвались в пористые породы. Таким путем образовались все нефтяные месторождения. Где  и на каких глубинах находилась нефть  до её миграции по разломам остается неясным. В.Б.Порфирьев считает несомненным  одно - в подкоровых зонах.

В качестве основных аргументов для подкрепления неорганической теории происхождения  нефти сторонники её приводят следующие  факты:

1. Наличие месторождений нефти  в кристаллических породах фундамента.

2. Нефтегазопроявления, нахождение углеводородов в продуктах деятельности вулканов, в космосе, «в трубках взрыва».

3. Факты получения углеводородов  лабораторным путем, в условиях  высоких температур и давлений (реакция Фишера-Тропша).

4. Присутствие углеводородных газов  и жидких углеводородных флюидов  в глубоких скважинах, вскрывших  кристаллический фундамент (в  Татарстане Миннибаевская и Новоелховская скважины, скважина Гравберг в Швеции и др.).

5. Невозможность объяснения с позиций  органической теории огромных  концентраций нефти в гигантских  месторождениях мира, невозможность  объяснения, как происходит отрыв  рассеянных углеводородов от  материнской толщи (эмиграция).

6. Молодой (кайнозойский) возраст залежей  газа и постпалеозойский (преимущественно кайнозойский) возраст залежей нефти на древних платформах. В.Б.Порфирьев считал, что все известные в мире нефтяные месторождения образовались недавно - в промежутке времени от миоцена до четвертичного периода. К.Б.Аширов также считал, что все залежи нефти недавно формировались, в результате альпийских тектонических движений.

Заключение

Знаем ли мы правду об истинных запасах нефти  и газа? Почему нефтяным компаниям  выгодно занижать свои запасы нефти? Почему запасы нефти в России засекречены  и охраняются законом? Почему геология - наука не точная? И хватит ли нам  нефти до конца тысячелетия?

Как же изучаются запасы нефти и газа? Очень просто. На поверхности земли  производится взрыв, взрывная волна  проникает вглубь земли, отражается и возвращается назад. Там ее улавливают сейсмоприемники, записывают колебания  на магнитную ленту, а потом компьютер  по этим данным строит профиль земной коры, где видны полости, заполненные  нефтью, газом, и т.д.

Вот уже примерно 130 лет сосуществуют две теории на этот счет. Согласно первой, общепризнанной, нефть - невозобновляемый ресурс, имеет органическое происхождение и образуется с участием останков древней флоры и фауны.

Альтернативная  теория предполагает неорганическое происхождение: образуется благодаря круговороту  воды в природе. Таким образом, вода переносит углеводороды, вступающие в реакцию с водородом из недр Земли. Поэтому нефть - возобновляемый ресурс.

По  моему мнению, нефть всё же имеет  органическое происхождение, так как  этому находит подтверждение  множество фактов.

Астрахань 2013

yaneuch.ru