Теории происхождения нефти: органическая и неорганическая. Стадии образования нефти. На сколько лет хватит нефти. Органическое образование нефти


Органическое происхождение нефти

А.Э.Конторович, выделил четыре основных этапа формирования и развития биогенной теории нафтидогенеза (органического происхождения нефти) [31, 32] :

I -«этап альтернативных догаток» - середина XVIII в. до начала XX в. М.В.Ломоносов в 1763 г. в своем трактате «О слоях земных» писал «Выгоняется подземным жаром из … каменных углей … бурая и черная масляная материя … и сие есть рождение жидких разного сорта горючих и сухих затверделых материй … каменная смола, нефть, гагат и сим подобное, которые хотя … разнятся, однако из одного начала происходят» [13]. Таким образом, более 200 лет назад была высказана мысль об органическом происхождении нефти из каменного угля. Органическое вещество (ОВ): уголь – нефть – газ.

Высокую оценку этой работы дал В.И.Вернадский еще в 1911 году. Он отметил, что М.В.Ломоносову «принадлежат точные и ясные, полные блеска и глубокой мысли первые изложения геологии». И далее В.И.Вернадский писал: «Лишь в первой половине XIX века мы встречаемся с аналогичными концепциями геологии» [18, 31].

II - «этап формирования гипотезы» -с начала до серединыXX в. (К.Энглер, Г.Потонье, Д.Уайт, И.М.Губкин, Г.П.Михайловский, В.И.Вернадский и др. В.И.Вернадский первый преодолел чисто геологический подход к теории образования нефти и газа и стал разрабатывать проблему нафтидогенеза на стыке геологии, геохимии и биогеохимии. А.Д.Архангельский в 1925-1926 гг. впервые начал систематическое изучение распределения ОВ в осадочных породах, положив начало изучению нефтепроизводящих пород. И.М.Губкин впервые изложил основы биогенной теории нафтидогенеза, показав, что процессы нефтегазообразования в стратосфере начались сразу после зарождения жизни, сформулировав понятие о диффузно-рассеянной нефти, заложив основы учения о стадийности нефтегазообразования).

III- «этап становления основ современной теории нафтидогенеза» и углубления геохимических, геодинамических и флюидодинамических её оснований – от конца 40-х до начала второй половины 80-х гг. XX в. (Г.А.Амосов, А.И.Богомолов, И.О.Брод, Н.Б.Вассоевич, В.В.Вебер, Е.А.Рогозина и другие ученые ВНИГРИ, которые внесли существенный вклад в становление и развитие теории нафидогенеза, обладающую высокой степень прогнозирования, что проявилось в открытиях Волго-Уральской и Западно-Сибирской НГП. На прогресс теории нафтидогенеза огромное влияние оказало развитие аналитической, физической и органической химии, биохимии, многие достижения которых были ассимилированы органической геохимией.

IV- «этап развития биогенной теории нафтидогенеза» (создана нелинейная теория нафтидогенеза, разработана концепция эволюции нафтидогенеза в истории Земли и т.д.). Наиболее полно и систематическую характеристику этого этапа дал в своих работах Н.Б.Вассоевич.

Немецкие ученые Г.Гефер и К.Энглер в 1888 г. поставили опыты, доказавшие возможность получения нефти из животных организмов (перегонка сельдевого жира при Т =4000С и Р = 10 кгс/см2 - получены масло, горючие газы, вода, жиры, разные кислоты. Из масла плотностью 0.8105 г/см3 состоящего на 9/10 из УВ коричневого цвета последующей разгонкой были получены предельные УВ от пентана (С2Н5) до нонана (С9Н20), парафин и смазочные масла (олефины, нафтены, арены).

В 1919 г. академик Н.Д.Зелинский при перегонке сапропелевого ила из оз. Балхаш получил сырую смолу (63.2 %), кокс (16.0%), газы (СН4, СО2, Н, Н2S – 20.8%). При последующей переработки смолы из нее извлекли бензин, керосин, тяжелые масла.

Казалось проблема решена – нефть и газ производные разложения органики [18, 31, 32].

Научно-теоретический интерес и практическое значение проблемы образования нефти определил И.М.Губкин – основоположник отечественной школы нефтяников [18].

К середине ХХ в. было доказано единство всех горючих полезных ископаемых (нефти, угля, газа, горючих сланцев), установлена генетическая связь нефти с ископаемым ОВ осадочных пород, разработаны критерии выделения нефтегазоматеринских свит.

В 40-50 –е годы модель органического нефтеогазобразования рассматривала процесс образования нефти как преимущественно механическое отжатие глинами битуминозных компонентов, уже образовавшихся в живом веществе и диагенезе в процессе погружения и уплотнения этих глинистых нефтематеринских пород [40].

Созданная в начале 60 –х годов и развившаяся в 70-80 –е годы термокаталитическая концепция образования нефти в своей основе имеет химические реакции, протекающие в сравнительно узком температурном интервале; этот главный этап генерации УВ нефти ОВ назван Н.Б.Вассоевичем главной фазой нефтеобразования (ГФН), за рубежом – «нефтяным окном» [13, 14].

Н.Б.Вассоевич: концепция нефтеобразования – осадочно-миграционная теория (а не органическая или биогенная!). Нефть образуется абиогенным путем, но источником её является ОВ или кероген, захороненный в процессе осадконакопления [14].Его потенциал закладывается в живом веществе, формируется в диагенезе, реализуется в мезокатагенезе (табл. 6). Ход этого процесса определяется как внутренней структурой керогена, так и внешними факторами – температурой, скоростью прогрева, строением нефтематеринской толщи, определяющим эмиграцию, образовавшихся продуктов, составом минеральной матрицы, влияющим на каталитические процессы, происходящие в керогене.

В последние десятилетия, благодаря работам Н.Б. Вассоевича (1986), А.Э. Конторовича (1998) и других исследователей, состояние осадочно-миграционной теории существенно продвинулось на пути всестороннего комплексного анализа условий формирования и генетических основ нефтегазонакопления. В конце XX века российским ученым удалось сформулировать как общие положения теории, так и ее отдельные составляющие: учение о типах ОВ, схемы развития катагенеза ОВ, стадийности нефтегазообразования, учение об осадочных бассейнах и др. [32].

Вместе с тем многие генетические вопросы формирования месторождений нефти и газа (роль глубинных факторов, рифтогенеза, эпигенетических преобразований, гидрогеологических режимов и др.) требуют дополнительного изучения. Да и само название «осадочно-миграционная теория образования нефти и газа» не вполне точно и полно отражает длительную и многостадийную историю нефтегазогенеза.

Сформулированная в нефтяной геологии осадочно-миграционная концепция скорее относится к образованию и преобразованию в зоне катагенеза нефтематеринских углеродосодержащих геологических формаций. Становление собственно нефтегазоносных залежей в благоприятных структурах – ловушках связано не с сингенетическими процессами осадконакопления, диагенеза и катагенеза осадков, а с более поздними эпигенетическими процессами преобразования пород под влиянием экзогенных и эндогенных факторов и ведущей роли инфильтрационных процессов миграции вещества как по вертикали, так и по латерали [31, 32].

В этом отношении генетические основы нефтегазообразования имеют много общего с формированием крупных и уникальных месторождений урана, в особенности многочисленной группы полигенных и полихронных объектов, прямо или косвенно связанных с углеродистыми геологическими формациями протерозоя и фанерозоя.

Для нефти и газа, также как и в урановой геологии можно выделить три основных периода (подготовительный, нефтеобразующий и консервационный) и несколько стадий длительного полигенного и полихронного процесса нефтегазогенеза. При этом очень близка роль в формированиии месторождения углеродсодержащих осадочных отложений, образующихся в разнообразных по тектонической позиции и возрасту бассейнах седиментации и содержащих высокие количества не только углерода и водорода, но и металлов U, V, As, Zn, Ni и других элементов.

В спокойной тектонической обстановке (платформенные условия) при залегании на глубине до 1 км такие породы (в частности диктионемовые сланцы /название получили от ископаемого Dictyonema flabelliformis/ на северо-западе Русской плиты) не генерируют эпигенетических концентраций урана, УВ и могут рассматриваться как сингенетические потенциальные месторождения металлов и органического топлива. И наоборот, при вовлечении битуминозных отложений в преобразование в активной геодинамической среде зоны катагенеза могут формироваться в крупных специализированных блоках литосферы рудо – и нефтепитающие геохимические системы, способные генерировать подвижные формы металлов и УВ, вовлекаемых в дальнейшем в инфильтрационные процессы нафторудообразования.

Выделяются следующие основные стадии нафтидогенеза, зависящие от геологических и геохимических процессов формирования и сохранения залежей нефти и газа в зависимости от типа геодинамического (тектонического) режима.

Первые две стадии (седиментационная и катагенетическая) ответственны за образование в соответствующих блоках осадочных бассейнов нефтегазопитающих геохимических систем (региональный подготовительный период) при наличии нефтематеринских пород и повышенных температурах, соответствующих условиям низкотемпературного гидротермального метасоматоза.

Собственно нефтегазообразующицй период включает две эпигенетические стадии: инфильтрационную и концентрационную. Они связаны с активным гидрогеологическим режимом осадочных бассейнов, чередованием периодов сжатия и растяжения и наличием литологических, структурных или иных ловушек.

Консервационная стадия может развиваться по двум сценариям [32]:

- сохранение залежей нефти и газа при пассивном геодинамическом режиме;

- уничтожение залежей нефти и превращение их во вторичные битуминозные породы, а также преобразование (или уничтожение) месторождений газа с возможным перемещением газообразных УВ в новые структуры.

Месторождения нефти и газа являются эпигенетическими многостадийными (полихронными) и полигенными образованиями продуктивных осадочных бассейнов, в накоплении и миграции УВ существенную роль играли не только экзогенные, но и эндогенные факторы.

Прежде чем рассматривать стадии онтогенеза УВ, рассмотрим какое ОВ составляет основу нефтегазопродуцирующих отложений. [47]:

Сапропели – органоминеральные осадки озерных водоёмов. ОВ сапропеля образуется преимущественно за счет продуктов распада живущих в воде растительных и животных организмов, в меньшей степени за счет привнесенных с окружающей суши остатков наземных растений.

Сапропелиты – ископаемое ОВ осадочных пород, образовавшееся в основном за счет остатков зоо- и фитопланктона; являются основной органической составляющей пород нефтематеринских свит.

Сапрпелито-гумиты – ископаемое ОВ, образовавшееся преимущественно из остатков растений; являются одной из главных составляющих РОВ нефтегазоматеринских и газоматеринской пород.

Гумито-сапрпелиты – ископаемое ОВ, образовавшееся преимущественно из остатков растений; являются одной из главных составляющих РОВ нефтегазоматеринских пород.

Гумиты – РОВ континентальных отложений, образовавшееся главным образом за счет остатков высших растений (подгруппа углей группы гумолитов).

Порода нефтегазоматеринская – осадочная порода, содержащая ОВ, которое способно при вступлении в главную зону нефтеобразования (ГЗН – Т0С от 50-60 до 150-170) генерировать нефть: 1) потенциально нефтематеринская, т.е. еще не реализовавшая свой потенциал нефтегенерации; 2) нефтепроизводящая или нефтепроизводившая, еще не исчерпавшая свой потенциал; 3) бывшая нефтематеринская, уже утратившая способность генерировать нефть. Одним из главных диагностических признаков I стадии развития пород нефтематеринских является присутствие в ней битумоидов паравтохтонных, а II и III стадий – битумоидов остаточных [19].

Формирование и преобразование осадочных пород проходит стадии диагенеза, эпигенеза и катагенеза.

Диагенез – преобразование осадка в осадочную породу в процессе уплотнения и физико-химического превращения и уравновешивания сред. Диагенез: ранний – главными являются окислительно-восстановительные процессы; поздний – решающую роль играет выравнивание концентраций ионов в поровых водах, приводящие к образованию конкреций.

Эпигенез– вторичные минералогические и структурные изменения осадочных пород в совокупности с изменениями содержащихся в них флюидов (воды, нефти, газа). Эпигенез наступает после диагенеза.

Катагенез – процессы изменения отдельных составных частей горной породы (минералов, РОВ, пустотного пространства, флюидов) при её эпигенезе в результате увеличения глубины погружения и пластовой температуры, происходящие без привноса вещества из внешних источников. Выделяются стадии протокатагенеза, мезокатагенеза и апокатагенеза (табл. 6) [32].

 

Таблица 6. Стадии катагенеза [47]

I. ПРОТОКАТАГЕНЕЗ
ПК1 Б1   бурые клареновые угли Донбасса
ПК2 Б2
ПК3 Б3
до 90-1000С
II. МЕЗОКАТАГЕНЕЗ
МК1 Д длиннопламенные ГЗН: 80-90–150-1700С глубины 2 – 3,5 км
МК2 Г газовые
МК3 Ж жирные   ГЗГ: свыше 1700С глубины 3.5-5 км
МК4 К коксовые
МК5 ОС отощенно-спекающиеся
до 200-2200С
III. АПОКАТАГЕНЕЗ
АК1 Т тощие ГЗГ - до 5 км
АК2 ПА полуантрациты  
АК3 А антрациты  
до 3000С

 

Залежь нефти и/или газа формируется только в процессе миграции жидких или газообразных УВ. Нефть и газ – образования стадийные, формирующиеся на определенных катагенетических уровнях преобразования, причем на каждом из них генерируются УВ определенного состава; выделяются пики ГЗН и ГЗГ (табл. 6, 7).

 

Таблица 7. Зональность распределения УВ в ОПБ [14]

Для большинства осадочных бассейнов (ОБ) сверху вниз по шкале катагенеза:
газ тяжелая нефть легкая нефть газоконденсат газ
ВЗГ – верхняя зона интенсивного газообразования ГЗН – главная зона нефтеобразования ЗОГК – зона образования газоконденсата ГЗГ – глубинная зона интенсивного газообразования

 

Стадии онтогенеза углеводородов и показатели нефтегазоносности, контролируют процесс формирования (расформирования) залежей нефти и газа (рис. 1).

Рис. 1. Стадии онтогенеза углеводородов

 

Торжество осадочно-миграционной теории нафтидогенеза во второй половине XX века особенно ярко проявилось в блестящих открытиях, сделанных на основе методов прогноза и поиска скоплений нефти и газа, вытекающих из этой теории. К ним относятся открытия, сделанные практически во всех нефтегазоносных провинциях (НГП) СССР, а также в других бассейнах Мира.

Похожие статьи:

poznayka.org

органическая и неорганическая. Стадии образования нефти. На сколько лет хватит нефти

Относительно теории происхождения нефти учёные к единому мнению не пришли. Это очень сложный вопрос, и проблема его разрешения не по силам пока ни геологии газа и нефти, ни всему естествознанию, которое в данный момент доступно человечеству. О происхождении нефти говорят не только теоретики, но и практики. Знаменитейший геолог-нефтяник И. М. Губкин в тридцатых годах прошлого века писал об этом много и интересно, обсуждая различные теории происхождения нефти. Мы вообще можем только догадываться, что за процессы прошли в течение миллиардов лет под земной корой, наша планета для нас во многом ещё загадка. Человек мало знает об истинном ходе процессов геоэволюции, поэтому теории происхождения нефти весьма многочисленны.

Две основные теории

Когда человечество получит полные знания об условиях, которые способствуют возникновению нефти, когда изучит, как именно формируются залежи её в земной коре, когда познакомится со всеми без исключения структурными формами пластов, их литологическими особенностями, которые благоприятны для появления и скопления нефти, - только тогда разведка и поиск месторождений будут проводиться действительно целесообразно. Как только начала развиваться геологическая наука, наметились две основные теории происхождения нефти. Первая связывает её образование с живым веществом. Это органическая теория происхождения нефти. Вторая говорит о том, что и газ, и нефть возникли благодаря синтезу водорода и углерода при высоких давлениях и температурах в глубине земной коры. Это неорганическая теория происхождения нефти.

История утверждает, что органическая теория появилась позже неорганической: до середины девятнадцатого века нефть добывалась только там, где соприкасалась с поверхностью земли - в Калифорнии, в Средиземноморье, в Венесуэле и некоторых других местах. Немецкий учёный Гумбольдт предполагал, как образуется нефть: так же, как асфальт, в результате действия вулканов. Чуть позже, во второй половине девятнадцатого века, химики уже умели в лабораториях синтезировать ацетилен С2Н2 с углеводородами метанового ряда. Ещё позже нашим Дмитрием Ивановичем Менделеевым была предъявлена миру собственная "карбидная", а не органическая теория происхождения нефти. Геолог и учёный Губкин яростно её критиковал.

Менделеев и Губкин

В 1877 году мэтр выступил в Русском химическом обществе относительно гипотезы происхождения нефти. Она была основана на огромном фактическом материале, а потому немедленно стала популярной. Судя по предъявленным доказательствам, все на тот момент открытые месторождения сконцентрировались на краях горно-складчатых образований, они вытянуты в длину и расположены вблизи зон крупных разломов. По Менделееву, через разломы вглубь Земли попадает вода и вступает в реакцию с карбидами металлов, таким образом, способствуя возникновению нефти, которая затем поднимается и образует залежи. Формула Менделеева выглядит так: 2FeC+3h3O=Fe2O3+C2H6. Судя по его гипотезе (как образуется нефть), процесс этот происходит всегда, а не только в далёкие геологические периоды.

И. М. Губкин карбидную теорию критиковал повсеместно. Этот вариант не может удовлетворить хорошо знающего геологию человека, который уверен, что нефть вполне прекрасно образовалась и там, где вообще нет никаких разломов, проводящих воду к жидким карбидам. Таких трещин просто не существует в природе - от ядра Земли к поверхности. Базальтовый пояс не даст ни воде проникнуть вглубь, ни готовой нефти подняться наружу. Тем более что против этой теории говорит вся нефть, сегодня добываемая с огромных глубин. Аргументом Губкину служило ещё и то, что нефть, образованная неорганическим путём, оптически неактивна, а вот природная - активна, даже способна вращаться в плоскости поляризации света.

Космос - третья теория

Очень популярна была и космическая теория относительно того, как образуется нефть. Сегодня, с наступлением на космос современных технологий, и она потерпела сокрушительное фиаско. Русский геолог Н. А. Соколов обнародовал свою теорию космического происхождения нефти в далёком 1892 году, основываясь на том, что углеводороды существовали на нашей планете всегда, в самом первозданном её виде, а образовывались они при высоких температурах, когда Земля только формировалась. Охлаждаясь, планета поглощала нефть, растворяя её в жидкой магме. После образования твёрдой земной коры магма как бы отдала углеводороды, которые по трещинам и поднялись в верхние её части, где сгустились от охлаждения и образовали некие скопления. Аргументами Соколову служило то, что углеводороды были обнаружены в массе метеоритов.

Губкин и эту теорию раскритиковал в пух и прах, обвинил в том, что её основаниями служат чисто теоретические выкладки, которые геологическими наблюдениями ни разу не подтверждались. Он вообще был уверен, что неорганической нефти в природе почти нет, а та, что есть, не может иметь практического значения. Основная масса нефтяных залежей всё-таки содержит вещество, прошедшее все стадии образования нефти, и именно органическим путём. Последующее обсуждение этой проблемы происходило почти сто лет, с такими же спорами и отсутствием согласия. Советские учёные-нефтяники выдвинули наиболее обоснованную теорию неорганического происхождения нефти.

Учёные Советского Союза

Кропоткин, Порфирьев, Кудрявцев и другие их единомышленники попытались доказать, что из водорода и углерода, которых достаточное количество в магме, получаются радикалы СН, Ch3, Ch4, выделяющиеся из неё вместе с кислородом, что и служит исходным материалом в холодных зонах для образования нефти. Кудрявцев был уверен, что абиогенное происхождение нефти позволяет ей проходить вместе с газами в осадочную оболочку планеты по глубинным разломам именно из мантии Земли. Порфирьев возражал, что нефть поступала не в форме радикалов углеводорода из глубинных зон, а уже полностью обладая всеми свойствами готовой естественной нефти, пробиваясь сквозь пористые породы. Он не мог ответить только на вопрос о том, на какой глубине нефть находилась до миграции? Несомненно, что в подкорковых зонах, но вся эта теория так же точно недоказуема, как и предыдущие.

Неорганическое происхождение нефти подкреплялось следующими аргументами:

1. В фундаментальных кристаллических породах тоже есть месторождения.

2. Примеси газа и нефти обнаружены вместе с углеводородами в выбросах вулканов, в "трубках взрыва", в космосе.

3. Углеводороды можно получить лабораторным путём, создавая условия высоких давлений и температур.

4. Углеводородные газы и жидкие флюиды углеводородов присутствуют в скважинах, которые вскрывают кристаллический фундамент (в Швеции, Татарстане и других местах).

5. Органическая теория никак не может объяснить наличие громадных концентраций нефти и гигантских месторождений.

6. Залежи газа имеют кайнозойский возраст, а нефти - постпалеозойский на древних горных платформах.

7. Нефтяные месторождения чаще всего связаны с глубинными разломами.

Органическая теория

В последние годы появилось достаточно много публикаций с новыми данными. Например, жидкая нефть обнаружена в океанах, в спрединговых их зонах. Большинство этих фактов говорит о неорганическом происхождении нефти. Однако всё равно она обоснована достаточно скупо и слабо. Потому и сторонников у неё по сей день очень мало. Подавляющее большинство учёных-геологов и за рубежом, и в нашей стране придерживаются органической теории возникновения нефти. Чем же так привлекательна эта теория?

Биогенное происхождение нефти подразумевает возникновение её из органического вещества осадочных субаквальных отложений. Характер этого процесса явно стадийный. Сторонники биогенной теории уверены, что нефть - продукт, получившийся посредством превращения из органического вещества. Это остатки животного и растительного мира в осадочных отложениях морского происхождения, коих на один кубический метр породы соленосных отложений приходятся буквально граммы, но в горючих сланцах на тот же кубический метр осадочных отложений может приходиться до шести килограмм. В глинах - полкилограмма, в алевролитах - двести грамм, в известняках - двести пятьдесят.

Два вида органического вещества

Сапропель и гумус - всякий человек, увлекающийся растениеводством, знает, что это такое. Если органическое вещество накапливается под водой, где доступ воздуха недостаточен, но он есть, оно перегнивает, получается гумус - главная часть почвы, обеспечивающая плодородие. Если же под водой, но без доступа кислорода накапливается органическое вещество, тогда происходит "медленная перегонка", восстановительный химический процесс - гниение. Мелкие бассейны с застойной водой всегда имеют огромное количество сине-зелёных водорослей, планктона, в том числе и членистоногих, которые живут недолго и умирают в громадных количествах.

На дне образуется мощный слой органического ила - сапропеля. Таковы прибрежные части морей, лагуны, лиманы. При сухой перегонке сапропель выдаёт двадцать пять процентов веса похожих на нефть жирных масел. А образование нефти - процесс настолько долгий и сложный, что проследить за всеми его стадиями человек не имеет возможности, он находит только результат - огромные месторождения и залежи нефти. А процессы шли тысячелетиями в нефтематеринских свитах, где самые разнообразные отложения формировались на дне океанов и содержали рассеянное вещество органического происхождения в количествах не ниже кларка - четырёхсот грамм на кубический метр.

Потенциал

Нефтематеринские отложения с самым высоким потенциалом - глинисто-карбонатные, в которых содержится органическое вещество сапропель. Называются такие отложения доманикитами. Они есть во всех докембрийских толщах, в системах фанерозоя, причём на одинаковых стратиграфических уровнях совершенно разных континентов. Каким же образом так получилось? Три с половиной миллиарда лет назад на земле зародилась жизнь. В кембрийскую эпоху водная оболочка Земли уже имела самые разнообразные формы органики. Ранний палеозой был представлен необъятными морями и океанами, где водорослей и беспозвоночных уже было огромное количество видов.

И далеко не сразу весь этот органический мир устремился на сушу. Самые лучшие условия для жизни создавались в водоёмах на глубине от шестидесяти до восьмидесяти метров - чаще всего это шельфы подводных границ континентов. Чем ближе к суше, тем органического вещества в отложениях больше. Внутриконтинентальные моря содержат до пятидесяти процентов всей отложившейся органики. Наилучшие условия для создания нефти - прибрежные части морей. Родиной нефти являются древние моря, а не болота в пресноводных бассейнах.

Стадии образования нефти

Академик Губкин утверждал, что нефтеобразование не может обойтись без прохождения определённых стадий. Первые - седиментогенез и диагенез, когда идёт формирование газоматеринских и нефтематеринских осадков, то есть - исходного органического вещества. Первая стадия несёт с собой такие биохимические процессы, при которых образуется кероген и изобилие газообразных веществ, которые постепенно рассеиваются.

Некоторая часть их растворяется и концентрируется, иногда даже представляя интерес промышленной добычи (пятьдесят миллиардов кубических метров метана в африканском озере, например, или в Японии тоже из моря добывается газ, в котором до девяноста семи процентов метана). Однако на этой стадии нефть ещё не образовалась. А вот дальнейшее погружение ведёт разведчика к нефтематеринским породам зоны катагенеза, где уже возникают из исходного органического вещества аммиак, сероводород, метан, углекислый газ, а с ними и жидкие продукты углеводородов.

Фазы и зоны

Главной фазой является нефтеобразование в стадии катагенеза на глубине двух-трёх километров отложений при температуре от восьмидесяти до ста пятидесяти градусов по Цельсию. Оптимальными условиями являются как раз те, при которых решающий фактор - высокая температура. Нефтегазогенерация имеет и конкретные зоны по глубине залегания. До ста пятидесяти метров зона биохимическая, для которой характерно развитие в органическом веществе биохимических процессов с выделением газов.

От одного до полутора километров вниз - переходная зона, где затухают все биохимические процессы. Третья зона от полутора до шести километров - термокаталитическая, она особо важна для образования нефти. И четвёртая - газовая, где образуется в основном метан. Видно, что процесс и начинается с образования газа, и сопровождает нефтеобразование на всех этапах, и завершает этот процесс. Зональность эта вертикальная, а распределение углеводородов в месторождениях - горизонтальное.

Добыча

Раньше нефть добывали там, где она почти вплотную подходит к поверхности. Сейчас добыча её увеличилась многократно, а потому и скважины просто поражают своей протяжённостью. Самые длинные были пробурены в СССР: на Сахалине - гораздо более двенадцати километров, и на Кольском полуострове - 12262 метра. В Катаре горизонтальная скважина более двенадцати километров, в США - две девятикилометровые скважины. В баварских горах Германии есть такая же девятикилометровая скважина, из которой ничего не добывалось и не добывается, хотя потратили на неё триста тридцать семь миллионов долларов. В Австрии было найдено небольшое месторождение нефти, которое неожиданно оказалось гораздо больше разведанного, но нефть обнаружилась на глубине более восьми километров. При ближайшем рассмотрении это скопление оказалось не нефтью, а газом, который добывать было невозможно - геологические особенности этого участка не позволили. А скважину всё-таки пробурили, но не нашли вообще ничего, даже сланцев, которые можно было бы добывать.

Всем странам нужна нефть. Из-за её отсутствия постоянно начинаются войны. Добывается она сейчас в невиданных ранее количествах. Земля уже буквально обескровлена. Эксперты-энергетики подсчитали, на сколько лет хватит нефти, имеющейся в недрах Земли. И оказалось, что уже разведанных запасов осталось всего на пятьдесят шесть лет. Конечно, полностью она не исчезнет. Люди уже умеют добывать нефть из сланцев, нефтеносного песка, из природных битумов и много чего ещё. Венесуэле хватит нефти на сто лет, Саудовской Аравии - почти на семьдесят, России - менее тридцати лет осталось бытия нефтегазовым гигантом.

загрузка...

buk-journal.ru

органическая и неорганическая. Стадии образования нефти. На сколько лет хватит нефти

Относительно теории происхождения нефти учёные к единому мнению не пришли. Это очень сложный вопрос, и проблема его разрешения не по силам пока ни геологии газа и нефти, ни всему естествознанию, которое в данный момент доступно человечеству. О происхождении нефти говорят не только теоретики, но и практики. Знаменитейший геолог-нефтяник И. М. Губкин в тридцатых годах прошлого века писал об этом много и интересно, обсуждая различные теории происхождения нефти. Мы вообще можем только догадываться, что за процессы прошли в течение миллиардов лет под земной корой, наша планета для нас во многом ещё загадка. Человек мало знает об истинном ходе процессов геоэволюции, поэтому теории происхождения нефти весьма многочисленны.

Две основные теории

Когда человечество получит полные знания об условиях, которые способствуют возникновению нефти, когда изучит, как именно формируются залежи её в земной коре, когда познакомится со всеми без исключения структурными формами пластов, их литологическими особенностями, которые благоприятны для появления и скопления нефти, - только тогда разведка и поиск месторождений будут проводиться действительно целесообразно. Как только начала развиваться геологическая наука, наметились две основные теории происхождения нефти. Первая связывает её образование с живым веществом. Это органическая теория происхождения нефти. Вторая говорит о том, что и газ, и нефть возникли благодаря синтезу водорода и углерода при высоких давлениях и температурах в глубине земной коры. Это неорганическая теория происхождения нефти.

История утверждает, что органическая теория появилась позже неорганической: до середины девятнадцатого века нефть добывалась только там, где соприкасалась с поверхностью земли - в Калифорнии, в Средиземноморье, в Венесуэле и некоторых других местах. Немецкий учёный Гумбольдт предполагал, как образуется нефть: так же, как асфальт, в результате действия вулканов. Чуть позже, во второй половине девятнадцатого века, химики уже умели в лабораториях синтезировать ацетилен С2Н2 с углеводородами метанового ряда. Ещё позже нашим Дмитрием Ивановичем Менделеевым была предъявлена миру собственная "карбидная", а не органическая теория происхождения нефти. Геолог и учёный Губкин яростно её критиковал.

Менделеев и Губкин

В 1877 году мэтр выступил в Русском химическом обществе относительно гипотезы происхождения нефти. Она была основана на огромном фактическом материале, а потому немедленно стала популярной. Судя по предъявленным доказательствам, все на тот момент открытые месторождения сконцентрировались на краях горно-складчатых образований, они вытянуты в длину и расположены вблизи зон крупных разломов. По Менделееву, через разломы вглубь Земли попадает вода и вступает в реакцию с карбидами металлов, таким образом, способствуя возникновению нефти, которая затем поднимается и образует залежи. Формула Менделеева выглядит так: 2FeC+3h3O=Fe2O3+C2H6. Судя по его гипотезе (как образуется нефть), процесс этот происходит всегда, а не только в далёкие геологические периоды.

И. М. Губкин карбидную теорию критиковал повсеместно. Этот вариант не может удовлетворить хорошо знающего геологию человека, который уверен, что нефть вполне прекрасно образовалась и там, где вообще нет никаких разломов, проводящих воду к жидким карбидам. Таких трещин просто не существует в природе - от ядра Земли к поверхности. Базальтовый пояс не даст ни воде проникнуть вглубь, ни готовой нефти подняться наружу. Тем более что против этой теории говорит вся нефть, сегодня добываемая с огромных глубин. Аргументом Губкину служило ещё и то, что нефть, образованная неорганическим путём, оптически неактивна, а вот природная - активна, даже способна вращаться в плоскости поляризации света.

Космос - третья теория

Очень популярна была и космическая теория относительно того, как образуется нефть. Сегодня, с наступлением на космос современных технологий, и она потерпела сокрушительное фиаско. Русский геолог Н. А. Соколов обнародовал свою теорию космического происхождения нефти в далёком 1892 году, основываясь на том, что углеводороды существовали на нашей планете всегда, в самом первозданном её виде, а образовывались они при высоких температурах, когда Земля только формировалась. Охлаждаясь, планета поглощала нефть, растворяя её в жидкой магме. После образования твёрдой земной коры магма как бы отдала углеводороды, которые по трещинам и поднялись в верхние её части, где сгустились от охлаждения и образовали некие скопления. Аргументами Соколову служило то, что углеводороды были обнаружены в массе метеоритов.

Губкин и эту теорию раскритиковал в пух и прах, обвинил в том, что её основаниями служат чисто теоретические выкладки, которые геологическими наблюдениями ни разу не подтверждались. Он вообще был уверен, что неорганической нефти в природе почти нет, а та, что есть, не может иметь практического значения. Основная масса нефтяных залежей всё-таки содержит вещество, прошедшее все стадии образования нефти, и именно органическим путём. Последующее обсуждение этой проблемы происходило почти сто лет, с такими же спорами и отсутствием согласия. Советские учёные-нефтяники выдвинули наиболее обоснованную теорию неорганического происхождения нефти.

Учёные Советского Союза

Кропоткин, Порфирьев, Кудрявцев и другие их единомышленники попытались доказать, что из водорода и углерода, которых достаточное количество в магме, получаются радикалы СН, Ch3, Ch4, выделяющиеся из неё вместе с кислородом, что и служит исходным материалом в холодных зонах для образования нефти. Кудрявцев был уверен, что абиогенное происхождение нефти позволяет ей проходить вместе с газами в осадочную оболочку планеты по глубинным разломам именно из мантии Земли. Порфирьев возражал, что нефть поступала не в форме радикалов углеводорода из глубинных зон, а уже полностью обладая всеми свойствами готовой естественной нефти, пробиваясь сквозь пористые породы. Он не мог ответить только на вопрос о том, на какой глубине нефть находилась до миграции? Несомненно, что в подкорковых зонах, но вся эта теория так же точно недоказуема, как и предыдущие.

Неорганическое происхождение нефти подкреплялось следующими аргументами:

1. В фундаментальных кристаллических породах тоже есть месторождения.

2. Примеси газа и нефти обнаружены вместе с углеводородами в выбросах вулканов, в "трубках взрыва", в космосе.

3. Углеводороды можно получить лабораторным путём, создавая условия высоких давлений и температур.

4. Углеводородные газы и жидкие флюиды углеводородов присутствуют в скважинах, которые вскрывают кристаллический фундамент (в Швеции, Татарстане и других местах).

5. Органическая теория никак не может объяснить наличие громадных концентраций нефти и гигантских месторождений.

6. Залежи газа имеют кайнозойский возраст, а нефти - постпалеозойский на древних горных платформах.

7. Нефтяные месторождения чаще всего связаны с глубинными разломами.

Органическая теория

В последние годы появилось достаточно много публикаций с новыми данными. Например, жидкая нефть обнаружена в океанах, в спрединговых их зонах. Большинство этих фактов говорит о неорганическом происхождении нефти. Однако всё равно она обоснована достаточно скупо и слабо. Потому и сторонников у неё по сей день очень мало. Подавляющее большинство учёных-геологов и за рубежом, и в нашей стране придерживаются органической теории возникновения нефти. Чем же так привлекательна эта теория?

Биогенное происхождение нефти подразумевает возникновение её из органического вещества осадочных субаквальных отложений. Характер этого процесса явно стадийный. Сторонники биогенной теории уверены, что нефть - продукт, получившийся посредством превращения из органического вещества. Это остатки животного и растительного мира в осадочных отложениях морского происхождения, коих на один кубический метр породы соленосных отложений приходятся буквально граммы, но в горючих сланцах на тот же кубический метр осадочных отложений может приходиться до шести килограмм. В глинах - полкилограмма, в алевролитах - двести грамм, в известняках - двести пятьдесят.

Два вида органического вещества

Сапропель и гумус - всякий человек, увлекающийся растениеводством, знает, что это такое. Если органическое вещество накапливается под водой, где доступ воздуха недостаточен, но он есть, оно перегнивает, получается гумус - главная часть почвы, обеспечивающая плодородие. Если же под водой, но без доступа кислорода накапливается органическое вещество, тогда происходит "медленная перегонка", восстановительный химический процесс - гниение. Мелкие бассейны с застойной водой всегда имеют огромное количество сине-зелёных водорослей, планктона, в том числе и членистоногих, которые живут недолго и умирают в громадных количествах.

На дне образуется мощный слой органического ила - сапропеля. Таковы прибрежные части морей, лагуны, лиманы. При сухой перегонке сапропель выдаёт двадцать пять процентов веса похожих на нефть жирных масел. А образование нефти - процесс настолько долгий и сложный, что проследить за всеми его стадиями человек не имеет возможности, он находит только результат - огромные месторождения и залежи нефти. А процессы шли тысячелетиями в нефтематеринских свитах, где самые разнообразные отложения формировались на дне океанов и содержали рассеянное вещество органического происхождения в количествах не ниже кларка - четырёхсот грамм на кубический метр.

Потенциал

Нефтематеринские отложения с самым высоким потенциалом - глинисто-карбонатные, в которых содержится органическое вещество сапропель. Называются такие отложения доманикитами. Они есть во всех докембрийских толщах, в системах фанерозоя, причём на одинаковых стратиграфических уровнях совершенно разных континентов. Каким же образом так получилось? Три с половиной миллиарда лет назад на земле зародилась жизнь. В кембрийскую эпоху водная оболочка Земли уже имела самые разнообразные формы органики. Ранний палеозой был представлен необъятными морями и океанами, где водорослей и беспозвоночных уже было огромное количество видов.

И далеко не сразу весь этот органический мир устремился на сушу. Самые лучшие условия для жизни создавались в водоёмах на глубине от шестидесяти до восьмидесяти метров - чаще всего это шельфы подводных границ континентов. Чем ближе к суше, тем органического вещества в отложениях больше. Внутриконтинентальные моря содержат до пятидесяти процентов всей отложившейся органики. Наилучшие условия для создания нефти - прибрежные части морей. Родиной нефти являются древние моря, а не болота в пресноводных бассейнах.

Стадии образования нефти

Академик Губкин утверждал, что нефтеобразование не может обойтись без прохождения определённых стадий. Первые - седиментогенез и диагенез, когда идёт формирование газоматеринских и нефтематеринских осадков, то есть - исходного органического вещества. Первая стадия несёт с собой такие биохимические процессы, при которых образуется кероген и изобилие газообразных веществ, которые постепенно рассеиваются.

Некоторая часть их растворяется и концентрируется, иногда даже представляя интерес промышленной добычи (пятьдесят миллиардов кубических метров метана в африканском озере, например, или в Японии тоже из моря добывается газ, в котором до девяноста семи процентов метана). Однако на этой стадии нефть ещё не образовалась. А вот дальнейшее погружение ведёт разведчика к нефтематеринским породам зоны катагенеза, где уже возникают из исходного органического вещества аммиак, сероводород, метан, углекислый газ, а с ними и жидкие продукты углеводородов.

Фазы и зоны

Главной фазой является нефтеобразование в стадии катагенеза на глубине двух-трёх километров отложений при температуре от восьмидесяти до ста пятидесяти градусов по Цельсию. Оптимальными условиями являются как раз те, при которых решающий фактор - высокая температура. Нефтегазогенерация имеет и конкретные зоны по глубине залегания. До ста пятидесяти метров зона биохимическая, для которой характерно развитие в органическом веществе биохимических процессов с выделением газов.

От одного до полутора километров вниз - переходная зона, где затухают все биохимические процессы. Третья зона от полутора до шести километров - термокаталитическая, она особо важна для образования нефти. И четвёртая - газовая, где образуется в основном метан. Видно, что процесс и начинается с образования газа, и сопровождает нефтеобразование на всех этапах, и завершает этот процесс. Зональность эта вертикальная, а распределение углеводородов в месторождениях - горизонтальное.

Добыча

Раньше нефть добывали там, где она почти вплотную подходит к поверхности. Сейчас добыча её увеличилась многократно, а потому и скважины просто поражают своей протяжённостью. Самые длинные были пробурены в СССР: на Сахалине - гораздо более двенадцати километров, и на Кольском полуострове - 12262 метра. В Катаре горизонтальная скважина более двенадцати километров, в США - две девятикилометровые скважины. В баварских горах Германии есть такая же девятикилометровая скважина, из которой ничего не добывалось и не добывается, хотя потратили на неё триста тридцать семь миллионов долларов. В Австрии было найдено небольшое месторождение нефти, которое неожиданно оказалось гораздо больше разведанного, но нефть обнаружилась на глубине более восьми километров. При ближайшем рассмотрении это скопление оказалось не нефтью, а газом, который добывать было невозможно - геологические особенности этого участка не позволили. А скважину всё-таки пробурили, но не нашли вообще ничего, даже сланцев, которые можно было бы добывать.

Всем странам нужна нефть. Из-за её отсутствия постоянно начинаются войны. Добывается она сейчас в невиданных ранее количествах. Земля уже буквально обескровлена. Эксперты-энергетики подсчитали, на сколько лет хватит нефти, имеющейся в недрах Земли. И оказалось, что уже разведанных запасов осталось всего на пятьдесят шесть лет. Конечно, полностью она не исчезнет. Люди уже умеют добывать нефть из сланцев, нефтеносного песка, из природных битумов и много чего ещё. Венесуэле хватит нефти на сто лет, Саудовской Аравии - почти на семьдесят, России - менее тридцати лет осталось бытия нефтегазовым гигантом.

загрузка...

meetmarket.ru

органическая и неорганическая. Стадии образования нефти. На сколько лет хватит нефти

Относительно теории происхождения нефти учёные к единому мнению не пришли. Это очень сложный вопрос, и проблема его разрешения не по силам пока ни геологии газа и нефти, ни всему естествознанию, которое в данный момент доступно человечеству. О происхождении нефти говорят не только теоретики, но и практики. Знаменитейший геолог-нефтяник И. М. Губкин в тридцатых годах прошлого века писал об этом много и интересно, обсуждая различные теории происхождения нефти. Мы вообще можем только догадываться, что за процессы прошли в течение миллиардов лет под земной корой, наша планета для нас во многом ещё загадка. Человек мало знает об истинном ходе процессов геоэволюции, поэтому теории происхождения нефти весьма многочисленны.

Две основные теории

Когда человечество получит полные знания об условиях, которые способствуют возникновению нефти, когда изучит, как именно формируются залежи её в земной коре, когда познакомится со всеми без исключения структурными формами пластов, их литологическими особенностями, которые благоприятны для появления и скопления нефти, - только тогда разведка и поиск месторождений будут проводиться действительно целесообразно. Как только начала развиваться геологическая наука, наметились две основные теории происхождения нефти. Первая связывает её образование с живым веществом. Это органическая теория происхождения нефти. Вторая говорит о том, что и газ, и нефть возникли благодаря синтезу водорода и углерода при высоких давлениях и температурах в глубине земной коры. Это неорганическая теория происхождения нефти.

История утверждает, что органическая теория появилась позже неорганической: до середины девятнадцатого века нефть добывалась только там, где соприкасалась с поверхностью земли - в Калифорнии, в Средиземноморье, в Венесуэле и некоторых других местах. Немецкий учёный Гумбольдт предполагал, как образуется нефть: так же, как асфальт, в результате действия вулканов. Чуть позже, во второй половине девятнадцатого века, химики уже умели в лабораториях синтезировать ацетилен С2Н2 с углеводородами метанового ряда. Ещё позже нашим Дмитрием Ивановичем Менделеевым была предъявлена миру собственная "карбидная", а не органическая теория происхождения нефти. Геолог и учёный Губкин яростно её критиковал.

Менделеев и Губкин

В 1877 году мэтр выступил в Русском химическом обществе относительно гипотезы происхождения нефти. Она была основана на огромном фактическом материале, а потому немедленно стала популярной. Судя по предъявленным доказательствам, все на тот момент открытые месторождения сконцентрировались на краях горно-складчатых образований, они вытянуты в длину и расположены вблизи зон крупных разломов. По Менделееву, через разломы вглубь Земли попадает вода и вступает в реакцию с карбидами металлов, таким образом, способствуя возникновению нефти, которая затем поднимается и образует залежи. Формула Менделеева выглядит так: 2FeC+3h3O=Fe2O3+C2H6. Судя по его гипотезе (как образуется нефть), процесс этот происходит всегда, а не только в далёкие геологические периоды.

И. М. Губкин карбидную теорию критиковал повсеместно. Этот вариант не может удовлетворить хорошо знающего геологию человека, который уверен, что нефть вполне прекрасно образовалась и там, где вообще нет никаких разломов, проводящих воду к жидким карбидам. Таких трещин просто не существует в природе - от ядра Земли к поверхности. Базальтовый пояс не даст ни воде проникнуть вглубь, ни готовой нефти подняться наружу. Тем более что против этой теории говорит вся нефть, сегодня добываемая с огромных глубин. Аргументом Губкину служило ещё и то, что нефть, образованная неорганическим путём, оптически неактивна, а вот природная - активна, даже способна вращаться в плоскости поляризации света.

Космос - третья теория

Очень популярна была и космическая теория относительно того, как образуется нефть. Сегодня, с наступлением на космос современных технологий, и она потерпела сокрушительное фиаско. Русский геолог Н. А. Соколов обнародовал свою теорию космического происхождения нефти в далёком 1892 году, основываясь на том, что углеводороды существовали на нашей планете всегда, в самом первозданном её виде, а образовывались они при высоких температурах, когда Земля только формировалась. Охлаждаясь, планета поглощала нефть, растворяя её в жидкой магме. После образования твёрдой земной коры магма как бы отдала углеводороды, которые по трещинам и поднялись в верхние её части, где сгустились от охлаждения и образовали некие скопления. Аргументами Соколову служило то, что углеводороды были обнаружены в массе метеоритов.

Губкин и эту теорию раскритиковал в пух и прах, обвинил в том, что её основаниями служат чисто теоретические выкладки, которые геологическими наблюдениями ни разу не подтверждались. Он вообще был уверен, что неорганической нефти в природе почти нет, а та, что есть, не может иметь практического значения. Основная масса нефтяных залежей всё-таки содержит вещество, прошедшее все стадии образования нефти, и именно органическим путём. Последующее обсуждение этой проблемы происходило почти сто лет, с такими же спорами и отсутствием согласия. Советские учёные-нефтяники выдвинули наиболее обоснованную теорию неорганического происхождения нефти.

Учёные Советского Союза

Кропоткин, Порфирьев, Кудрявцев и другие их единомышленники попытались доказать, что из водорода и углерода, которых достаточное количество в магме, получаются радикалы СН, Ch3, Ch4, выделяющиеся из неё вместе с кислородом, что и служит исходным материалом в холодных зонах для образования нефти. Кудрявцев был уверен, что абиогенное происхождение нефти позволяет ей проходить вместе с газами в осадочную оболочку планеты по глубинным разломам именно из мантии Земли. Порфирьев возражал, что нефть поступала не в форме радикалов углеводорода из глубинных зон, а уже полностью обладая всеми свойствами готовой естественной нефти, пробиваясь сквозь пористые породы. Он не мог ответить только на вопрос о том, на какой глубине нефть находилась до миграции? Несомненно, что в подкорковых зонах, но вся эта теория так же точно недоказуема, как и предыдущие.

Неорганическое происхождение нефти подкреплялось следующими аргументами:

1. В фундаментальных кристаллических породах тоже есть месторождения.

2. Примеси газа и нефти обнаружены вместе с углеводородами в выбросах вулканов, в "трубках взрыва", в космосе.

3. Углеводороды можно получить лабораторным путём, создавая условия высоких давлений и температур.

4. Углеводородные газы и жидкие флюиды углеводородов присутствуют в скважинах, которые вскрывают кристаллический фундамент (в Швеции, Татарстане и других местах).

5. Органическая теория никак не может объяснить наличие громадных концентраций нефти и гигантских месторождений.

6. Залежи газа имеют кайнозойский возраст, а нефти - постпалеозойский на древних горных платформах.

7. Нефтяные месторождения чаще всего связаны с глубинными разломами.

Органическая теория

В последние годы появилось достаточно много публикаций с новыми данными. Например, жидкая нефть обнаружена в океанах, в спрединговых их зонах. Большинство этих фактов говорит о неорганическом происхождении нефти. Однако всё равно она обоснована достаточно скупо и слабо. Потому и сторонников у неё по сей день очень мало. Подавляющее большинство учёных-геологов и за рубежом, и в нашей стране придерживаются органической теории возникновения нефти. Чем же так привлекательна эта теория?

Биогенное происхождение нефти подразумевает возникновение её из органического вещества осадочных субаквальных отложений. Характер этого процесса явно стадийный. Сторонники биогенной теории уверены, что нефть - продукт, получившийся посредством превращения из органического вещества. Это остатки животного и растительного мира в осадочных отложениях морского происхождения, коих на один кубический метр породы соленосных отложений приходятся буквально граммы, но в горючих сланцах на тот же кубический метр осадочных отложений может приходиться до шести килограмм. В глинах - полкилограмма, в алевролитах - двести грамм, в известняках - двести пятьдесят.

Два вида органического вещества

Сапропель и гумус - всякий человек, увлекающийся растениеводством, знает, что это такое. Если органическое вещество накапливается под водой, где доступ воздуха недостаточен, но он есть, оно перегнивает, получается гумус - главная часть почвы, обеспечивающая плодородие. Если же под водой, но без доступа кислорода накапливается органическое вещество, тогда происходит "медленная перегонка", восстановительный химический процесс - гниение. Мелкие бассейны с застойной водой всегда имеют огромное количество сине-зелёных водорослей, планктона, в том числе и членистоногих, которые живут недолго и умирают в громадных количествах.

На дне образуется мощный слой органического ила - сапропеля. Таковы прибрежные части морей, лагуны, лиманы. При сухой перегонке сапропель выдаёт двадцать пять процентов веса похожих на нефть жирных масел. А образование нефти - процесс настолько долгий и сложный, что проследить за всеми его стадиями человек не имеет возможности, он находит только результат - огромные месторождения и залежи нефти. А процессы шли тысячелетиями в нефтематеринских свитах, где самые разнообразные отложения формировались на дне океанов и содержали рассеянное вещество органического происхождения в количествах не ниже кларка - четырёхсот грамм на кубический метр.

Потенциал

Нефтематеринские отложения с самым высоким потенциалом - глинисто-карбонатные, в которых содержится органическое вещество сапропель. Называются такие отложения доманикитами. Они есть во всех докембрийских толщах, в системах фанерозоя, причём на одинаковых стратиграфических уровнях совершенно разных континентов. Каким же образом так получилось? Три с половиной миллиарда лет назад на земле зародилась жизнь. В кембрийскую эпоху водная оболочка Земли уже имела самые разнообразные формы органики. Ранний палеозой был представлен необъятными морями и океанами, где водорослей и беспозвоночных уже было огромное количество видов.

И далеко не сразу весь этот органический мир устремился на сушу. Самые лучшие условия для жизни создавались в водоёмах на глубине от шестидесяти до восьмидесяти метров - чаще всего это шельфы подводных границ континентов. Чем ближе к суше, тем органического вещества в отложениях больше. Внутриконтинентальные моря содержат до пятидесяти процентов всей отложившейся органики. Наилучшие условия для создания нефти - прибрежные части морей. Родиной нефти являются древние моря, а не болота в пресноводных бассейнах.

Стадии образования нефти

Академик Губкин утверждал, что нефтеобразование не может обойтись без прохождения определённых стадий. Первые - седиментогенез и диагенез, когда идёт формирование газоматеринских и нефтематеринских осадков, то есть - исходного органического вещества. Первая стадия несёт с собой такие биохимические процессы, при которых образуется кероген и изобилие газообразных веществ, которые постепенно рассеиваются.

Некоторая часть их растворяется и концентрируется, иногда даже представляя интерес промышленной добычи (пятьдесят миллиардов кубических метров метана в африканском озере, например, или в Японии тоже из моря добывается газ, в котором до девяноста семи процентов метана). Однако на этой стадии нефть ещё не образовалась. А вот дальнейшее погружение ведёт разведчика к нефтематеринским породам зоны катагенеза, где уже возникают из исходного органического вещества аммиак, сероводород, метан, углекислый газ, а с ними и жидкие продукты углеводородов.

Фазы и зоны

Главной фазой является нефтеобразование в стадии катагенеза на глубине двух-трёх километров отложений при температуре от восьмидесяти до ста пятидесяти градусов по Цельсию. Оптимальными условиями являются как раз те, при которых решающий фактор - высокая температура. Нефтегазогенерация имеет и конкретные зоны по глубине залегания. До ста пятидесяти метров зона биохимическая, для которой характерно развитие в органическом веществе биохимических процессов с выделением газов.

От одного до полутора километров вниз - переходная зона, где затухают все биохимические процессы. Третья зона от полутора до шести километров - термокаталитическая, она особо важна для образования нефти. И четвёртая - газовая, где образуется в основном метан. Видно, что процесс и начинается с образования газа, и сопровождает нефтеобразование на всех этапах, и завершает этот процесс. Зональность эта вертикальная, а распределение углеводородов в месторождениях - горизонтальное.

Добыча

Раньше нефть добывали там, где она почти вплотную подходит к поверхности. Сейчас добыча её увеличилась многократно, а потому и скважины просто поражают своей протяжённостью. Самые длинные были пробурены в СССР: на Сахалине - гораздо более двенадцати километров, и на Кольском полуострове - 12262 метра. В Катаре горизонтальная скважина более двенадцати километров, в США - две девятикилометровые скважины. В баварских горах Германии есть такая же девятикилометровая скважина, из которой ничего не добывалось и не добывается, хотя потратили на неё триста тридцать семь миллионов долларов. В Австрии было найдено небольшое месторождение нефти, которое неожиданно оказалось гораздо больше разведанного, но нефть обнаружилась на глубине более восьми километров. При ближайшем рассмотрении это скопление оказалось не нефтью, а газом, который добывать было невозможно - геологические особенности этого участка не позволили. А скважину всё-таки пробурили, но не нашли вообще ничего, даже сланцев, которые можно было бы добывать.

Всем странам нужна нефть. Из-за её отсутствия постоянно начинаются войны. Добывается она сейчас в невиданных ранее количествах. Земля уже буквально обескровлена. Эксперты-энергетики подсчитали, на сколько лет хватит нефти, имеющейся в недрах Земли. И оказалось, что уже разведанных запасов осталось всего на пятьдесят шесть лет. Конечно, полностью она не исчезнет. Люди уже умеют добывать нефть из сланцев, нефтеносного песка, из природных битумов и много чего ещё. Венесуэле хватит нефти на сто лет, Саудовской Аравии - почти на семьдесят, России - менее тридцати лет осталось бытия нефтегазовым гигантом.

загрузка...

4responsible.ru

органическая и неорганическая. Стадии образования нефти. На сколько лет хватит нефти

Относительно теории происхождения нефти учёные к единому мнению не пришли. Это очень сложный вопрос, и проблема его разрешения не по силам пока ни геологии газа и нефти, ни всему естествознанию, которое в данный момент доступно человечеству. О происхождении нефти говорят не только теоретики, но и практики. Знаменитейший геолог-нефтяник И. М. Губкин в тридцатых годах прошлого века писал об этом много и интересно, обсуждая различные теории происхождения нефти. Мы вообще можем только догадываться, что за процессы прошли в течение миллиардов лет под земной корой, наша планета для нас во многом ещё загадка. Человек мало знает об истинном ходе процессов геоэволюции, поэтому теории происхождения нефти весьма многочисленны.

Две основные теории

Когда человечество получит полные знания об условиях, которые способствуют возникновению нефти, когда изучит, как именно формируются залежи её в земной коре, когда познакомится со всеми без исключения структурными формами пластов, их литологическими особенностями, которые благоприятны для появления и скопления нефти, - только тогда разведка и поиск месторождений будут проводиться действительно целесообразно. Как только начала развиваться геологическая наука, наметились две основные теории происхождения нефти. Первая связывает её образование с живым веществом. Это органическая теория происхождения нефти. Вторая говорит о том, что и газ, и нефть возникли благодаря синтезу водорода и углерода при высоких давлениях и температурах в глубине земной коры. Это неорганическая теория происхождения нефти.

История утверждает, что органическая теория появилась позже неорганической: до середины девятнадцатого века нефть добывалась только там, где соприкасалась с поверхностью земли - в Калифорнии, в Средиземноморье, в Венесуэле и некоторых других местах. Немецкий учёный Гумбольдт предполагал, как образуется нефть: так же, как асфальт, в результате действия вулканов. Чуть позже, во второй половине девятнадцатого века, химики уже умели в лабораториях синтезировать ацетилен С2Н2 с углеводородами метанового ряда. Ещё позже нашим Дмитрием Ивановичем Менделеевым была предъявлена миру собственная "карбидная", а не органическая теория происхождения нефти. Геолог и учёный Губкин яростно её критиковал.

Менделеев и Губкин

В 1877 году мэтр выступил в Русском химическом обществе относительно гипотезы происхождения нефти. Она была основана на огромном фактическом материале, а потому немедленно стала популярной. Судя по предъявленным доказательствам, все на тот момент открытые месторождения сконцентрировались на краях горно-складчатых образований, они вытянуты в длину и расположены вблизи зон крупных разломов. По Менделееву, через разломы вглубь Земли попадает вода и вступает в реакцию с карбидами металлов, таким образом, способствуя возникновению нефти, которая затем поднимается и образует залежи. Формула Менделеева выглядит так: 2FeC+3h3O=Fe2O3+C2H6. Судя по его гипотезе (как образуется нефть), процесс этот происходит всегда, а не только в далёкие геологические периоды.

И. М. Губкин карбидную теорию критиковал повсеместно. Этот вариант не может удовлетворить хорошо знающего геологию человека, который уверен, что нефть вполне прекрасно образовалась и там, где вообще нет никаких разломов, проводящих воду к жидким карбидам. Таких трещин просто не существует в природе - от ядра Земли к поверхности. Базальтовый пояс не даст ни воде проникнуть вглубь, ни готовой нефти подняться наружу. Тем более что против этой теории говорит вся нефть, сегодня добываемая с огромных глубин. Аргументом Губкину служило ещё и то, что нефть, образованная неорганическим путём, оптически неактивна, а вот природная - активна, даже способна вращаться в плоскости поляризации света.

Космос - третья теория

Очень популярна была и космическая теория относительно того, как образуется нефть. Сегодня, с наступлением на космос современных технологий, и она потерпела сокрушительное фиаско. Русский геолог Н. А. Соколов обнародовал свою теорию космического происхождения нефти в далёком 1892 году, основываясь на том, что углеводороды существовали на нашей планете всегда, в самом первозданном её виде, а образовывались они при высоких температурах, когда Земля только формировалась. Охлаждаясь, планета поглощала нефть, растворяя её в жидкой магме. После образования твёрдой земной коры магма как бы отдала углеводороды, которые по трещинам и поднялись в верхние её части, где сгустились от охлаждения и образовали некие скопления. Аргументами Соколову служило то, что углеводороды были обнаружены в массе метеоритов.

Губкин и эту теорию раскритиковал в пух и прах, обвинил в том, что её основаниями служат чисто теоретические выкладки, которые геологическими наблюдениями ни разу не подтверждались. Он вообще был уверен, что неорганической нефти в природе почти нет, а та, что есть, не может иметь практического значения. Основная масса нефтяных залежей всё-таки содержит вещество, прошедшее все стадии образования нефти, и именно органическим путём. Последующее обсуждение этой проблемы происходило почти сто лет, с такими же спорами и отсутствием согласия. Советские учёные-нефтяники выдвинули наиболее обоснованную теорию неорганического происхождения нефти.

Учёные Советского Союза

Кропоткин, Порфирьев, Кудрявцев и другие их единомышленники попытались доказать, что из водорода и углерода, которых достаточное количество в магме, получаются радикалы СН, Ch3, Ch4, выделяющиеся из неё вместе с кислородом, что и служит исходным материалом в холодных зонах для образования нефти. Кудрявцев был уверен, что абиогенное происхождение нефти позволяет ей проходить вместе с газами в осадочную оболочку планеты по глубинным разломам именно из мантии Земли. Порфирьев возражал, что нефть поступала не в форме радикалов углеводорода из глубинных зон, а уже полностью обладая всеми свойствами готовой естественной нефти, пробиваясь сквозь пористые породы. Он не мог ответить только на вопрос о том, на какой глубине нефть находилась до миграции? Несомненно, что в подкорковых зонах, но вся эта теория так же точно недоказуема, как и предыдущие.

Неорганическое происхождение нефти подкреплялось следующими аргументами:

1. В фундаментальных кристаллических породах тоже есть месторождения.

2. Примеси газа и нефти обнаружены вместе с углеводородами в выбросах вулканов, в "трубках взрыва", в космосе.

3. Углеводороды можно получить лабораторным путём, создавая условия высоких давлений и температур.

4. Углеводородные газы и жидкие флюиды углеводородов присутствуют в скважинах, которые вскрывают кристаллический фундамент (в Швеции, Татарстане и других местах).

5. Органическая теория никак не может объяснить наличие громадных концентраций нефти и гигантских месторождений.

6. Залежи газа имеют кайнозойский возраст, а нефти - постпалеозойский на древних горных платформах.

7. Нефтяные месторождения чаще всего связаны с глубинными разломами.

Органическая теория

В последние годы появилось достаточно много публикаций с новыми данными. Например, жидкая нефть обнаружена в океанах, в спрединговых их зонах. Большинство этих фактов говорит о неорганическом происхождении нефти. Однако всё равно она обоснована достаточно скупо и слабо. Потому и сторонников у неё по сей день очень мало. Подавляющее большинство учёных-геологов и за рубежом, и в нашей стране придерживаются органической теории возникновения нефти. Чем же так привлекательна эта теория?

Биогенное происхождение нефти подразумевает возникновение её из органического вещества осадочных субаквальных отложений. Характер этого процесса явно стадийный. Сторонники биогенной теории уверены, что нефть - продукт, получившийся посредством превращения из органического вещества. Это остатки животного и растительного мира в осадочных отложениях морского происхождения, коих на один кубический метр породы соленосных отложений приходятся буквально граммы, но в горючих сланцах на тот же кубический метр осадочных отложений может приходиться до шести килограмм. В глинах - полкилограмма, в алевролитах - двести грамм, в известняках - двести пятьдесят.

Два вида органического вещества

Сапропель и гумус - всякий человек, увлекающийся растениеводством, знает, что это такое. Если органическое вещество накапливается под водой, где доступ воздуха недостаточен, но он есть, оно перегнивает, получается гумус - главная часть почвы, обеспечивающая плодородие. Если же под водой, но без доступа кислорода накапливается органическое вещество, тогда происходит "медленная перегонка", восстановительный химический процесс - гниение. Мелкие бассейны с застойной водой всегда имеют огромное количество сине-зелёных водорослей, планктона, в том числе и членистоногих, которые живут недолго и умирают в громадных количествах.

На дне образуется мощный слой органического ила - сапропеля. Таковы прибрежные части морей, лагуны, лиманы. При сухой перегонке сапропель выдаёт двадцать пять процентов веса похожих на нефть жирных масел. А образование нефти - процесс настолько долгий и сложный, что проследить за всеми его стадиями человек не имеет возможности, он находит только результат - огромные месторождения и залежи нефти. А процессы шли тысячелетиями в нефтематеринских свитах, где самые разнообразные отложения формировались на дне океанов и содержали рассеянное вещество органического происхождения в количествах не ниже кларка - четырёхсот грамм на кубический метр.

Потенциал

Нефтематеринские отложения с самым высоким потенциалом - глинисто-карбонатные, в которых содержится органическое вещество сапропель. Называются такие отложения доманикитами. Они есть во всех докембрийских толщах, в системах фанерозоя, причём на одинаковых стратиграфических уровнях совершенно разных континентов. Каким же образом так получилось? Три с половиной миллиарда лет назад на земле зародилась жизнь. В кембрийскую эпоху водная оболочка Земли уже имела самые разнообразные формы органики. Ранний палеозой был представлен необъятными морями и океанами, где водорослей и беспозвоночных уже было огромное количество видов.

И далеко не сразу весь этот органический мир устремился на сушу. Самые лучшие условия для жизни создавались в водоёмах на глубине от шестидесяти до восьмидесяти метров - чаще всего это шельфы подводных границ континентов. Чем ближе к суше, тем органического вещества в отложениях больше. Внутриконтинентальные моря содержат до пятидесяти процентов всей отложившейся органики. Наилучшие условия для создания нефти - прибрежные части морей. Родиной нефти являются древние моря, а не болота в пресноводных бассейнах.

Стадии образования нефти

Академик Губкин утверждал, что нефтеобразование не может обойтись без прохождения определённых стадий. Первые - седиментогенез и диагенез, когда идёт формирование газоматеринских и нефтематеринских осадков, то есть - исходного органического вещества. Первая стадия несёт с собой такие биохимические процессы, при которых образуется кероген и изобилие газообразных веществ, которые постепенно рассеиваются.

Некоторая часть их растворяется и концентрируется, иногда даже представляя интерес промышленной добычи (пятьдесят миллиардов кубических метров метана в африканском озере, например, или в Японии тоже из моря добывается газ, в котором до девяноста семи процентов метана). Однако на этой стадии нефть ещё не образовалась. А вот дальнейшее погружение ведёт разведчика к нефтематеринским породам зоны катагенеза, где уже возникают из исходного органического вещества аммиак, сероводород, метан, углекислый газ, а с ними и жидкие продукты углеводородов.

Фазы и зоны

Главной фазой является нефтеобразование в стадии катагенеза на глубине двух-трёх километров отложений при температуре от восьмидесяти до ста пятидесяти градусов по Цельсию. Оптимальными условиями являются как раз те, при которых решающий фактор - высокая температура. Нефтегазогенерация имеет и конкретные зоны по глубине залегания. До ста пятидесяти метров зона биохимическая, для которой характерно развитие в органическом веществе биохимических процессов с выделением газов.

От одного до полутора километров вниз - переходная зона, где затухают все биохимические процессы. Третья зона от полутора до шести километров - термокаталитическая, она особо важна для образования нефти. И четвёртая - газовая, где образуется в основном метан. Видно, что процесс и начинается с образования газа, и сопровождает нефтеобразование на всех этапах, и завершает этот процесс. Зональность эта вертикальная, а распределение углеводородов в месторождениях - горизонтальное.

Добыча

Раньше нефть добывали там, где она почти вплотную подходит к поверхности. Сейчас добыча её увеличилась многократно, а потому и скважины просто поражают своей протяжённостью. Самые длинные были пробурены в СССР: на Сахалине - гораздо более двенадцати километров, и на Кольском полуострове - 12262 метра. В Катаре горизонтальная скважина более двенадцати километров, в США - две девятикилометровые скважины. В баварских горах Германии есть такая же девятикилометровая скважина, из которой ничего не добывалось и не добывается, хотя потратили на неё триста тридцать семь миллионов долларов. В Австрии было найдено небольшое месторождение нефти, которое неожиданно оказалось гораздо больше разведанного, но нефть обнаружилась на глубине более восьми километров. При ближайшем рассмотрении это скопление оказалось не нефтью, а газом, который добывать было невозможно - геологические особенности этого участка не позволили. А скважину всё-таки пробурили, но не нашли вообще ничего, даже сланцев, которые можно было бы добывать.

Всем странам нужна нефть. Из-за её отсутствия постоянно начинаются войны. Добывается она сейчас в невиданных ранее количествах. Земля уже буквально обескровлена. Эксперты-энергетики подсчитали, на сколько лет хватит нефти, имеющейся в недрах Земли. И оказалось, что уже разведанных запасов осталось всего на пятьдесят шесть лет. Конечно, полностью она не исчезнет. Люди уже умеют добывать нефть из сланцев, нефтеносного песка, из природных битумов и много чего ещё. Венесуэле хватит нефти на сто лет, Саудовской Аравии - почти на семьдесят, России - менее тридцати лет осталось бытия нефтегазовым гигантом.

загрузка...

twofb.ru

Органическое происхождение нефти

⇐ ПредыдущаяСтр 12 из 35Следующая ⇒

А.Э.Конторович, выделил четыре основных этапа формирования и развития биогенной теории нафтидогенеза (органического происхождения нефти) [31, 32] :

I -«этап альтернативных догаток» - середина XVIII в. до начала XX в. М.В.Ломоносов в 1763 г. в своем трактате «О слоях земных» писал «Выгоняется подземным жаром из … каменных углей … бурая и черная масляная материя … и сие есть рождение жидких разного сорта горючих и сухих затверделых материй … каменная смола, нефть, гагат и сим подобное, которые хотя … разнятся, однако из одного начала происходят» [13]. Таким образом, более 200 лет назад была высказана мысль об органическом происхождении нефти из каменного угля. Органическое вещество (ОВ): уголь – нефть – газ.

Высокую оценку этой работы дал В.И.Вернадский еще в 1911 году. Он отметил, что М.В.Ломоносову «принадлежат точные и ясные, полные блеска и глубокой мысли первые изложения геологии». И далее В.И.Вернадский писал: «Лишь в первой половине XIX века мы встречаемся с аналогичными концепциями геологии» [18, 31].

II - «этап формирования гипотезы» -с начала до серединыXX в. (К.Энглер, Г.Потонье, Д.Уайт, И.М.Губкин, Г.П.Михайловский, В.И.Вернадский и др. В.И.Вернадский первый преодолел чисто геологический подход к теории образования нефти и газа и стал разрабатывать проблему нафтидогенеза на стыке геологии, геохимии и биогеохимии. А.Д.Архангельский в 1925-1926 гг. впервые начал систематическое изучение распределения ОВ в осадочных породах, положив начало изучению нефтепроизводящих пород. И.М.Губкин впервые изложил основы биогенной теории нафтидогенеза, показав, что процессы нефтегазообразования в стратосфере начались сразу после зарождения жизни, сформулировав понятие о диффузно-рассеянной нефти, заложив основы учения о стадийности нефтегазообразования).

III- «этап становления основ современной теории нафтидогенеза» и углубления геохимических, геодинамических и флюидодинамических её оснований – от конца 40-х до начала второй половины 80-х гг. XX в. (Г.А.Амосов, А.И.Богомолов, И.О.Брод, Н.Б.Вассоевич, В.В.Вебер, Е.А.Рогозина и другие ученые ВНИГРИ, которые внесли существенный вклад в становление и развитие теории нафидогенеза, обладающую высокой степень прогнозирования, что проявилось в открытиях Волго-Уральской и Западно-Сибирской НГП. На прогресс теории нафтидогенеза огромное влияние оказало развитие аналитической, физической и органической химии, биохимии, многие достижения которых были ассимилированы органической геохимией.

IV- «этап развития биогенной теории нафтидогенеза» (создана нелинейная теория нафтидогенеза, разработана концепция эволюции нафтидогенеза в истории Земли и т.д.). Наиболее полно и систематическую характеристику этого этапа дал в своих работах Н.Б.Вассоевич.

Немецкие ученые Г.Гефер и К.Энглер в 1888 г. поставили опыты, доказавшие возможность получения нефти из животных организмов (перегонка сельдевого жира при Т =4000С и Р = 10 кгс/см2 - получены масло, горючие газы, вода, жиры, разные кислоты. Из масла плотностью 0.8105 г/см3 состоящего на 9/10 из УВ коричневого цвета последующей разгонкой были получены предельные УВ от пентана (С2Н5) до нонана (С9Н20), парафин и смазочные масла (олефины, нафтены, арены).

В 1919 г. академик Н.Д.Зелинский при перегонке сапропелевого ила из оз. Балхаш получил сырую смолу (63.2 %), кокс (16.0%), газы (СН4, СО2, Н, Н2S – 20.8%). При последующей переработки смолы из нее извлекли бензин, керосин, тяжелые масла.

Казалось проблема решена – нефть и газ производные разложения органики [18, 31, 32].

Научно-теоретический интерес и практическое значение проблемы образования нефти определил И.М.Губкин – основоположник отечественной школы нефтяников [18].

К середине ХХ в. было доказано единство всех горючих полезных ископаемых (нефти, угля, газа, горючих сланцев), установлена генетическая связь нефти с ископаемым ОВ осадочных пород, разработаны критерии выделения нефтегазоматеринских свит.

В 40-50 –е годы модель органического нефтеогазобразования рассматривала процесс образования нефти как преимущественно механическое отжатие глинами битуминозных компонентов, уже образовавшихся в живом веществе и диагенезе в процессе погружения и уплотнения этих глинистых нефтематеринских пород [40].

Созданная в начале 60 –х годов и развившаяся в 70-80 –е годы термокаталитическая концепция образования нефти в своей основе имеет химические реакции, протекающие в сравнительно узком температурном интервале; этот главный этап генерации УВ нефти ОВ назван Н.Б.Вассоевичем главной фазой нефтеобразования (ГФН), за рубежом – «нефтяным окном» [13, 14].

Н.Б.Вассоевич: концепция нефтеобразования – осадочно-миграционная теория (а не органическая или биогенная!). Нефть образуется абиогенным путем, но источником её является ОВ или кероген, захороненный в процессе осадконакопления [14].Его потенциал закладывается в живом веществе, формируется в диагенезе, реализуется в мезокатагенезе (табл. 6). Ход этого процесса определяется как внутренней структурой керогена, так и внешними факторами – температурой, скоростью прогрева, строением нефтематеринской толщи, определяющим эмиграцию, образовавшихся продуктов, составом минеральной матрицы, влияющим на каталитические процессы, происходящие в керогене.

В последние десятилетия, благодаря работам Н.Б. Вассоевича (1986), А.Э. Конторовича (1998) и других исследователей, состояние осадочно-миграционной теории существенно продвинулось на пути всестороннего комплексного анализа условий формирования и генетических основ нефтегазонакопления. В конце XX века российским ученым удалось сформулировать как общие положения теории, так и ее отдельные составляющие: учение о типах ОВ, схемы развития катагенеза ОВ, стадийности нефтегазообразования, учение об осадочных бассейнах и др. [32].

Вместе с тем многие генетические вопросы формирования месторождений нефти и газа (роль глубинных факторов, рифтогенеза, эпигенетических преобразований, гидрогеологических режимов и др.) требуют дополнительного изучения. Да и само название «осадочно-миграционная теория образования нефти и газа» не вполне точно и полно отражает длительную и многостадийную историю нефтегазогенеза.

Сформулированная в нефтяной геологии осадочно-миграционная концепция скорее относится к образованию и преобразованию в зоне катагенеза нефтематеринских углеродосодержащих геологических формаций. Становление собственно нефтегазоносных залежей в благоприятных структурах – ловушках связано не с сингенетическими процессами осадконакопления, диагенеза и катагенеза осадков, а с более поздними эпигенетическими процессами преобразования пород под влиянием экзогенных и эндогенных факторов и ведущей роли инфильтрационных процессов миграции вещества как по вертикали, так и по латерали [31, 32].

В этом отношении генетические основы нефтегазообразования имеют много общего с формированием крупных и уникальных месторождений урана, в особенности многочисленной группы полигенных и полихронных объектов, прямо или косвенно связанных с углеродистыми геологическими формациями протерозоя и фанерозоя.

Для нефти и газа, также как и в урановой геологии можно выделить три основных периода (подготовительный, нефтеобразующий и консервационный) и несколько стадий длительного полигенного и полихронного процесса нефтегазогенеза. При этом очень близка роль в формированиии месторождения углеродсодержащих осадочных отложений, образующихся в разнообразных по тектонической позиции и возрасту бассейнах седиментации и содержащих высокие количества не только углерода и водорода, но и металлов U, V, As, Zn, Ni и других элементов.

В спокойной тектонической обстановке (платформенные условия) при залегании на глубине до 1 км такие породы (в частности диктионемовые сланцы /название получили от ископаемого Dictyonema flabelliformis/ на северо-западе Русской плиты) не генерируют эпигенетических концентраций урана, УВ и могут рассматриваться как сингенетические потенциальные месторождения металлов и органического топлива. И наоборот, при вовлечении битуминозных отложений в преобразование в активной геодинамической среде зоны катагенеза могут формироваться в крупных специализированных блоках литосферы рудо – и нефтепитающие геохимические системы, способные генерировать подвижные формы металлов и УВ, вовлекаемых в дальнейшем в инфильтрационные процессы нафторудообразования.

Выделяются следующие основные стадии нафтидогенеза, зависящие от геологических и геохимических процессов формирования и сохранения залежей нефти и газа в зависимости от типа геодинамического (тектонического) режима.

Первые две стадии (седиментационная и катагенетическая) ответственны за образование в соответствующих блоках осадочных бассейнов нефтегазопитающих геохимических систем (региональный подготовительный период) при наличии нефтематеринских пород и повышенных температурах, соответствующих условиям низкотемпературного гидротермального метасоматоза.

Собственно нефтегазообразующицй период включает две эпигенетические стадии: инфильтрационную и концентрационную. Они связаны с активным гидрогеологическим режимом осадочных бассейнов, чередованием периодов сжатия и растяжения и наличием литологических, структурных или иных ловушек.

Консервационная стадия может развиваться по двум сценариям [32]:

- сохранение залежей нефти и газа при пассивном геодинамическом режиме;

- уничтожение залежей нефти и превращение их во вторичные битуминозные породы, а также преобразование (или уничтожение) месторождений газа с возможным перемещением газообразных УВ в новые структуры.

Месторождения нефти и газа являются эпигенетическими многостадийными (полихронными) и полигенными образованиями продуктивных осадочных бассейнов, в накоплении и миграции УВ существенную роль играли не только экзогенные, но и эндогенные факторы.

Прежде чем рассматривать стадии онтогенеза УВ, рассмотрим какое ОВ составляет основу нефтегазопродуцирующих отложений. [47]:

Сапропели – органоминеральные осадки озерных водоёмов. ОВ сапропеля образуется преимущественно за счет продуктов распада живущих в воде растительных и животных организмов, в меньшей степени за счет привнесенных с окружающей суши остатков наземных растений.

Сапропелиты – ископаемое ОВ осадочных пород, образовавшееся в основном за счет остатков зоо- и фитопланктона; являются основной органической составляющей пород нефтематеринских свит.

Сапрпелито-гумиты – ископаемое ОВ, образовавшееся преимущественно из остатков растений; являются одной из главных составляющих РОВ нефтегазоматеринских и газоматеринской пород.

Гумито-сапрпелиты – ископаемое ОВ, образовавшееся преимущественно из остатков растений; являются одной из главных составляющих РОВ нефтегазоматеринских пород.

Гумиты – РОВ континентальных отложений, образовавшееся главным образом за счет остатков высших растений (подгруппа углей группы гумолитов).

Порода нефтегазоматеринская – осадочная порода, содержащая ОВ, которое способно при вступлении в главную зону нефтеобразования (ГЗН – Т0С от 50-60 до 150-170) генерировать нефть: 1) потенциально нефтематеринская, т.е. еще не реализовавшая свой потенциал нефтегенерации; 2) нефтепроизводящая или нефтепроизводившая, еще не исчерпавшая свой потенциал; 3) бывшая нефтематеринская, уже утратившая способность генерировать нефть. Одним из главных диагностических признаков I стадии развития пород нефтематеринских является присутствие в ней битумоидов паравтохтонных, а II и III стадий – битумоидов остаточных [19].

Формирование и преобразование осадочных пород проходит стадии диагенеза, эпигенеза и катагенеза.

Диагенез – преобразование осадка в осадочную породу в процессе уплотнения и физико-химического превращения и уравновешивания сред. Диагенез: ранний – главными являются окислительно-восстановительные процессы; поздний – решающую роль играет выравнивание концентраций ионов в поровых водах, приводящие к образованию конкреций.

Эпигенез– вторичные минералогические и структурные изменения осадочных пород в совокупности с изменениями содержащихся в них флюидов (воды, нефти, газа). Эпигенез наступает после диагенеза.

Катагенез – процессы изменения отдельных составных частей горной породы (минералов, РОВ, пустотного пространства, флюидов) при её эпигенезе в результате увеличения глубины погружения и пластовой температуры, происходящие без привноса вещества из внешних источников. Выделяются стадии протокатагенеза, мезокатагенеза и апокатагенеза (табл. 6) [32].

 

Таблица 6. Стадии катагенеза [47]

I. ПРОТОКАТАГЕНЕЗ
ПК1 Б1   бурые клареновые угли Донбасса
ПК2 Б2
ПК3 Б3
до 90-1000С
II. МЕЗОКАТАГЕНЕЗ
МК1 Д длиннопламенные ГЗН: 80-90–150-1700С глубины 2 – 3,5 км
МК2 Г газовые
МК3 Ж жирные   ГЗГ: свыше 1700С глубины 3.5-5 км
МК4 К коксовые
МК5 ОС отощенно-спекающиеся
до 200-2200С
III. АПОКАТАГЕНЕЗ
АК1 Т тощие ГЗГ - до 5 км
АК2 ПА полуантрациты  
АК3 А антрациты  
до 3000С

 

Залежь нефти и/или газа формируется только в процессе миграции жидких или газообразных УВ. Нефть и газ – образования стадийные, формирующиеся на определенных катагенетических уровнях преобразования, причем на каждом из них генерируются УВ определенного состава; выделяются пики ГЗН и ГЗГ (табл. 6, 7).

 

Таблица 7. Зональность распределения УВ в ОПБ [14]

Для большинства осадочных бассейнов (ОБ) сверху вниз по шкале катагенеза:
газ тяжелая нефть легкая нефть газоконденсат газ
ВЗГ – верхняя зона интенсивного газообразования ГЗН – главная зона нефтеобразования ЗОГК – зона образования газоконденсата ГЗГ – глубинная зона интенсивного газообразования

 

Стадии онтогенеза углеводородов и показатели нефтегазоносности, контролируют процесс формирования (расформирования) залежей нефти и газа (рис. 1).

Рис. 1. Стадии онтогенеза углеводородов

 

Торжество осадочно-миграционной теории нафтидогенеза во второй половине XX века особенно ярко проявилось в блестящих открытиях, сделанных на основе методов прогноза и поиска скоплений нефти и газа, вытекающих из этой теории. К ним относятся открытия, сделанные практически во всех нефтегазоносных провинциях (НГП) СССР, а также в других бассейнах Мира.

mykonspekts.ru

органическая и неорганическая. Стадии образования нефти. На сколько лет хватит нефти

Относительно теории происхождения нефти учёные к единому мнению не пришли. Это очень сложный вопрос, и проблема его разрешения не по силам пока ни геологии газа и нефти, ни всему естествознанию, которое в данный момент доступно человечеству. О происхождении нефти говорят не только теоретики, но и практики. Знаменитейший геолог-нефтяник И. М. Губкин в тридцатых годах прошлого века писал об этом много и интересно, обсуждая различные теории происхождения нефти. Мы вообще можем только догадываться, что за процессы прошли в течение миллиардов лет под земной корой, наша планета для нас во многом ещё загадка. Человек мало знает об истинном ходе процессов геоэволюции, поэтому теории происхождения нефти весьма многочисленны.

Две основные теории

Когда человечество получит полные знания об условиях, которые способствуют возникновению нефти, когда изучит, как именно формируются залежи её в земной коре, когда познакомится со всеми без исключения структурными формами пластов, их литологическими особенностями, которые благоприятны для появления и скопления нефти, - только тогда разведка и поиск месторождений будут проводиться действительно целесообразно. Как только начала развиваться геологическая наука, наметились две основные теории происхождения нефти. Первая связывает её образование с живым веществом. Это органическая теория происхождения нефти. Вторая говорит о том, что и газ, и нефть возникли благодаря синтезу водорода и углерода при высоких давлениях и температурах в глубине земной коры. Это неорганическая теория происхождения нефти.

История утверждает, что органическая теория появилась позже неорганической: до середины девятнадцатого века нефть добывалась только там, где соприкасалась с поверхностью земли - в Калифорнии, в Средиземноморье, в Венесуэле и некоторых других местах. Немецкий учёный Гумбольдт предполагал, как образуется нефть: так же, как асфальт, в результате действия вулканов. Чуть позже, во второй половине девятнадцатого века, химики уже умели в лабораториях синтезировать ацетилен С2Н2 с углеводородами метанового ряда. Ещё позже нашим Дмитрием Ивановичем Менделеевым была предъявлена миру собственная "карбидная", а не органическая теория происхождения нефти. Геолог и учёный Губкин яростно её критиковал.

Менделеев и Губкин

В 1877 году мэтр выступил в Русском химическом обществе относительно гипотезы происхождения нефти. Она была основана на огромном фактическом материале, а потому немедленно стала популярной. Судя по предъявленным доказательствам, все на тот момент открытые месторождения сконцентрировались на краях горно-складчатых образований, они вытянуты в длину и расположены вблизи зон крупных разломов. По Менделееву, через разломы вглубь Земли попадает вода и вступает в реакцию с карбидами металлов, таким образом, способствуя возникновению нефти, которая затем поднимается и образует залежи. Формула Менделеева выглядит так: 2FeC+3h3O=Fe2O3+C2H6. Судя по его гипотезе (как образуется нефть), процесс этот происходит всегда, а не только в далёкие геологические периоды.

И. М. Губкин карбидную теорию критиковал повсеместно. Этот вариант не может удовлетворить хорошо знающего геологию человека, который уверен, что нефть вполне прекрасно образовалась и там, где вообще нет никаких разломов, проводящих воду к жидким карбидам. Таких трещин просто не существует в природе - от ядра Земли к поверхности. Базальтовый пояс не даст ни воде проникнуть вглубь, ни готовой нефти подняться наружу. Тем более что против этой теории говорит вся нефть, сегодня добываемая с огромных глубин. Аргументом Губкину служило ещё и то, что нефть, образованная неорганическим путём, оптически неактивна, а вот природная - активна, даже способна вращаться в плоскости поляризации света.

Космос - третья теория

Очень популярна была и космическая теория относительно того, как образуется нефть. Сегодня, с наступлением на космос современных технологий, и она потерпела сокрушительное фиаско. Русский геолог Н. А. Соколов обнародовал свою теорию космического происхождения нефти в далёком 1892 году, основываясь на том, что углеводороды существовали на нашей планете всегда, в самом первозданном её виде, а образовывались они при высоких температурах, когда Земля только формировалась. Охлаждаясь, планета поглощала нефть, растворяя её в жидкой магме. После образования твёрдой земной коры магма как бы отдала углеводороды, которые по трещинам и поднялись в верхние её части, где сгустились от охлаждения и образовали некие скопления. Аргументами Соколову служило то, что углеводороды были обнаружены в массе метеоритов.

Губкин и эту теорию раскритиковал в пух и прах, обвинил в том, что её основаниями служат чисто теоретические выкладки, которые геологическими наблюдениями ни разу не подтверждались. Он вообще был уверен, что неорганической нефти в природе почти нет, а та, что есть, не может иметь практического значения. Основная масса нефтяных залежей всё-таки содержит вещество, прошедшее все стадии образования нефти, и именно органическим путём. Последующее обсуждение этой проблемы происходило почти сто лет, с такими же спорами и отсутствием согласия. Советские учёные-нефтяники выдвинули наиболее обоснованную теорию неорганического происхождения нефти.

Учёные Советского Союза

Кропоткин, Порфирьев, Кудрявцев и другие их единомышленники попытались доказать, что из водорода и углерода, которых достаточное количество в магме, получаются радикалы СН, Ch3, Ch4, выделяющиеся из неё вместе с кислородом, что и служит исходным материалом в холодных зонах для образования нефти. Кудрявцев был уверен, что абиогенное происхождение нефти позволяет ей проходить вместе с газами в осадочную оболочку планеты по глубинным разломам именно из мантии Земли. Порфирьев возражал, что нефть поступала не в форме радикалов углеводорода из глубинных зон, а уже полностью обладая всеми свойствами готовой естественной нефти, пробиваясь сквозь пористые породы. Он не мог ответить только на вопрос о том, на какой глубине нефть находилась до миграции? Несомненно, что в подкорковых зонах, но вся эта теория так же точно недоказуема, как и предыдущие.

Неорганическое происхождение нефти подкреплялось следующими аргументами:

1. В фундаментальных кристаллических породах тоже есть месторождения.

2. Примеси газа и нефти обнаружены вместе с углеводородами в выбросах вулканов, в "трубках взрыва", в космосе.

3. Углеводороды можно получить лабораторным путём, создавая условия высоких давлений и температур.

4. Углеводородные газы и жидкие флюиды углеводородов присутствуют в скважинах, которые вскрывают кристаллический фундамент (в Швеции, Татарстане и других местах).

5. Органическая теория никак не может объяснить наличие громадных концентраций нефти и гигантских месторождений.

6. Залежи газа имеют кайнозойский возраст, а нефти - постпалеозойский на древних горных платформах.

7. Нефтяные месторождения чаще всего связаны с глубинными разломами.

Органическая теория

В последние годы появилось достаточно много публикаций с новыми данными. Например, жидкая нефть обнаружена в океанах, в спрединговых их зонах. Большинство этих фактов говорит о неорганическом происхождении нефти. Однако всё равно она обоснована достаточно скупо и слабо. Потому и сторонников у неё по сей день очень мало. Подавляющее большинство учёных-геологов и за рубежом, и в нашей стране придерживаются органической теории возникновения нефти. Чем же так привлекательна эта теория?

Биогенное происхождение нефти подразумевает возникновение её из органического вещества осадочных субаквальных отложений. Характер этого процесса явно стадийный. Сторонники биогенной теории уверены, что нефть - продукт, получившийся посредством превращения из органического вещества. Это остатки животного и растительного мира в осадочных отложениях морского происхождения, коих на один кубический метр породы соленосных отложений приходятся буквально граммы, но в горючих сланцах на тот же кубический метр осадочных отложений может приходиться до шести килограмм. В глинах - полкилограмма, в алевролитах - двести грамм, в известняках - двести пятьдесят.

Два вида органического вещества

Сапропель и гумус - всякий человек, увлекающийся растениеводством, знает, что это такое. Если органическое вещество накапливается под водой, где доступ воздуха недостаточен, но он есть, оно перегнивает, получается гумус - главная часть почвы, обеспечивающая плодородие. Если же под водой, но без доступа кислорода накапливается органическое вещество, тогда происходит "медленная перегонка", восстановительный химический процесс - гниение. Мелкие бассейны с застойной водой всегда имеют огромное количество сине-зелёных водорослей, планктона, в том числе и членистоногих, которые живут недолго и умирают в громадных количествах.

На дне образуется мощный слой органического ила - сапропеля. Таковы прибрежные части морей, лагуны, лиманы. При сухой перегонке сапропель выдаёт двадцать пять процентов веса похожих на нефть жирных масел. А образование нефти - процесс настолько долгий и сложный, что проследить за всеми его стадиями человек не имеет возможности, он находит только результат - огромные месторождения и залежи нефти. А процессы шли тысячелетиями в нефтематеринских свитах, где самые разнообразные отложения формировались на дне океанов и содержали рассеянное вещество органического происхождения в количествах не ниже кларка - четырёхсот грамм на кубический метр.

Потенциал

Нефтематеринские отложения с самым высоким потенциалом - глинисто-карбонатные, в которых содержится органическое вещество сапропель. Называются такие отложения доманикитами. Они есть во всех докембрийских толщах, в системах фанерозоя, причём на одинаковых стратиграфических уровнях совершенно разных континентов. Каким же образом так получилось? Три с половиной миллиарда лет назад на земле зародилась жизнь. В кембрийскую эпоху водная оболочка Земли уже имела самые разнообразные формы органики. Ранний палеозой был представлен необъятными морями и океанами, где водорослей и беспозвоночных уже было огромное количество видов.

И далеко не сразу весь этот органический мир устремился на сушу. Самые лучшие условия для жизни создавались в водоёмах на глубине от шестидесяти до восьмидесяти метров - чаще всего это шельфы подводных границ континентов. Чем ближе к суше, тем органического вещества в отложениях больше. Внутриконтинентальные моря содержат до пятидесяти процентов всей отложившейся органики. Наилучшие условия для создания нефти - прибрежные части морей. Родиной нефти являются древние моря, а не болота в пресноводных бассейнах.

Стадии образования нефти

Академик Губкин утверждал, что нефтеобразование не может обойтись без прохождения определённых стадий. Первые - седиментогенез и диагенез, когда идёт формирование газоматеринских и нефтематеринских осадков, то есть - исходного органического вещества. Первая стадия несёт с собой такие биохимические процессы, при которых образуется кероген и изобилие газообразных веществ, которые постепенно рассеиваются.

Некоторая часть их растворяется и концентрируется, иногда даже представляя интерес промышленной добычи (пятьдесят миллиардов кубических метров метана в африканском озере, например, или в Японии тоже из моря добывается газ, в котором до девяноста семи процентов метана). Однако на этой стадии нефть ещё не образовалась. А вот дальнейшее погружение ведёт разведчика к нефтематеринским породам зоны катагенеза, где уже возникают из исходного органического вещества аммиак, сероводород, метан, углекислый газ, а с ними и жидкие продукты углеводородов.

Фазы и зоны

Главной фазой является нефтеобразование в стадии катагенеза на глубине двух-трёх километров отложений при температуре от восьмидесяти до ста пятидесяти градусов по Цельсию. Оптимальными условиями являются как раз те, при которых решающий фактор - высокая температура. Нефтегазогенерация имеет и конкретные зоны по глубине залегания. До ста пятидесяти метров зона биохимическая, для которой характерно развитие в органическом веществе биохимических процессов с выделением газов.

От одного до полутора километров вниз - переходная зона, где затухают все биохимические процессы. Третья зона от полутора до шести километров - термокаталитическая, она особо важна для образования нефти. И четвёртая - газовая, где образуется в основном метан. Видно, что процесс и начинается с образования газа, и сопровождает нефтеобразование на всех этапах, и завершает этот процесс. Зональность эта вертикальная, а распределение углеводородов в месторождениях - горизонтальное.

Добыча

Раньше нефть добывали там, где она почти вплотную подходит к поверхности. Сейчас добыча её увеличилась многократно, а потому и скважины просто поражают своей протяжённостью. Самые длинные были пробурены в СССР: на Сахалине - гораздо более двенадцати километров, и на Кольском полуострове - 12262 метра. В Катаре горизонтальная скважина более двенадцати километров, в США - две девятикилометровые скважины. В баварских горах Германии есть такая же девятикилометровая скважина, из которой ничего не добывалось и не добывается, хотя потратили на неё триста тридцать семь миллионов долларов. В Австрии было найдено небольшое месторождение нефти, которое неожиданно оказалось гораздо больше разведанного, но нефть обнаружилась на глубине более восьми километров. При ближайшем рассмотрении это скопление оказалось не нефтью, а газом, который добывать было невозможно - геологические особенности этого участка не позволили. А скважину всё-таки пробурили, но не нашли вообще ничего, даже сланцев, которые можно было бы добывать.

Всем странам нужна нефть. Из-за её отсутствия постоянно начинаются войны. Добывается она сейчас в невиданных ранее количествах. Земля уже буквально обескровлена. Эксперты-энергетики подсчитали, на сколько лет хватит нефти, имеющейся в недрах Земли. И оказалось, что уже разведанных запасов осталось всего на пятьдесят шесть лет. Конечно, полностью она не исчезнет. Люди уже умеют добывать нефть из сланцев, нефтеносного песка, из природных битумов и много чего ещё. Венесуэле хватит нефти на сто лет, Саудовской Аравии - почти на семьдесят, России - менее тридцати лет осталось бытия нефтегазовым гигантом.

загрузка...

aikido-mariel.ru