Глава VI. Современная теория образования нефти и природных горючих газов. Тайна образования нефти


Читать онлайн книгу Тайны образования нефти и горючих газов

сообщить о нарушении

Текущая страница: 1 (всего у книги 12 страниц)

Назад к карточке книги

Тайны образования нефти и горючих газов

Автор, известный ученый, знакомит с различными представлениями о происхождении нефти и углеводородных газов, причем особое внимание уделяется современной органической теории, ее аргументации и проверке практикой.

Калинко Михаил Кузьмич

Москва: Недра, 1981 – с.192, ил

Введение

Ни один из авторов детективного жанра никогда не сравнится с природой в умении создавать и хранить тайны. В любой снежинке, любой клетке организма заключено больше тайн, чем во всей детективной литературе мира, и раскрытие их требует гораздо больше сообразительности, настойчивости, изобретательности, чем раскрытие преступлений в «Восточном экспрессе» или выяснение роли «собаки Баскервилей». Между тайнами природы и загадками детективных историй существует принципиальная разница: после каждой раскрытой тайны в природе возникают по меньшей мере две, а то и больше тайн, в детективных же историях после открытия тайн неясностей не остается. Наконец, если детективная история в конечном итоге оказывается гораздо более простой, чем это кажется вначале, то любое явление природы в действительности значительно сложнее, чем представляется в начале его исследования.

И все же благодаря научно-технической революции раскрывается одна тайна природы за другой: мы уже представляем, что такое лунный грунт, о котором было столько споров, чем отличаются лунные "моря" от "континентов", насколько жарко и "тяжело" на поверхности Венеры, знаем и об отсутствии на Марсе наших "родственников", которым было посвящено столько чудесных романов. Наши герои-космонавты буквально обживают ближний космос, совершая менее чем за час кругосветное путешествие.

С большой неохотой расстается со своими тайнами наша голубая планета. Космонавты довольно детально изучили ее "анфас", рассматривая каждую складочку и не уставая удивляться красоте Земли в течение многих и долгих месяцев полетов. Гидрографы и альпинисты хорошо изучили Землю и в "профиль", спуская телекамеры в глубочайшие впадины на дне океанов или поднимаясь на высочайшие вершины. И все же наша "старушка" Земля хранит еще много, много тайн, открывая их лишь самым смелым, самым настойчивым, самым одержимым и, конечно же, самым "вооруженным", идущим в наступление с электронными микроскопами, мощными спектрометрами, лазерными и ядерными "пушками".

Одной из тайн нашей планеты являлась нефть, называемая многими писателями "кровью Земли". Нефть – это сгусток энергии; с помощью всего лишь 1 см3 нефти можно нагреть на 1 °С целое ведро воды, а для того чтобы вскипятить «ведерный» самовар, нужно менее половины стакана (100 г) нефти. По концентрации энергии в единице объема нефть занимает первое место среди природных веществ. Даже радиоактивные руды не могут конкурировать с нефтью в этом отношении, так как содержащиеся в них радиоактивные вещества настолько рассеяны, что для извлечения 1 мг этих веществ нужно добыть тонны горных пород.

Но нефть это не только сгусток энергии, это – целый "универмаг" различных химических соединений. В одной капле нефти содержится более 900 различных и весьма сложных химических соединений, более половины химических элементов таблицы Менделеева! Это действительно чудо природы. Не менее важным ее свойством является способность концентрироваться в огромных количествах в пределах ограниченных площадей. Так, например, в нефтяном месторождении Гхавар (Саудовская Аравия) содержится более 30 млрд.т нефти. Для того чтобы реально представить этот объем, достаточно сказать, что железнодорожный эшелон, заполненный нефтью этого месторождения, имел бы в длину 8,7 млн. км или мог бы 217 раз опоясать Землю по экватору или 10 раз до Луны и обратно.

Вязкие тяжелые нефти или битумы образуют еще более крупные месторождения. По оценкам специалистов, в нефтяных месторождениях, расположенных в долине реки Ориноко и называемых нефтяным поясом Ориноко, содержится 470 млрд. т тяжелой нефти. Почти такой же нефтяной пояс площадью 150 000 км2 протягивается на 1000 км в меридиональном направлении из Западной Канады на территорию США; в месторождениях этого пояса содержится 183 млрд. т битумов и 62 млрд. т тяжелых нефтей. Только в одном месторождении Атабаска (Западная Канада) заключено не менее 143 млрд. т битумов, часть которых можно извлечь (и уже начали извлекать) с помощью специальной технологии.

Нефть большинства месторождений обладает еще одним прекрасным свойством – способностью поступать на поверхность без затраты внешней энергии; для ее добычи человеку нет необходимости находиться под землей, как, например, при добыче ископаемых углей, горючих сланцев и радиоактивных руд. Количество нефти, поступающей на поверхность из одной скважины, может достигать 10-20 тыс. т в сутки. Так, в 1977 году в Саудовской Аравии было добыто 458 млн. т нефти с помощью всего лишь 782 скважин, т.е. каждая скважина в течение года дала в среднем 586 тыс. т нефти, или 1604 т в сутки. Многие скважины в странах Ближнего и Среднего Востока и Юго-Восточной Азии за свою "жизнь" дали миллионы, а иногда и десятки миллионов тонн нефти.

Нефть нередко называют "черным золотом". Но такое сравнение снижает ее истинную ценность. В самом деле: без золота можно прожить, в промышленности и приборостроении его можно заменить многими другими металлами, а без нефти в настоящее время не обходится ни одна страна. Ведь без нефти не может двигаться ни одна автомашина, не может работать ни один двигатель, будь то паровой или атомный (ведь нужна смазка!), не будет многих лекарств, изоляционных и пластических материалов, удобрений, стимуляторов роста.

Понадобилось несколько тысяч лет, чтобы человечество научилось относительно рационально использовать нефть, и можно не сомневатся, что по мере развития химии и других наук эффективность ее использования будет повышаться. В перспективе нефть будет представлять собой не только источник энергии и углеводородного сырья, но и сырье для добычи серы и различных редких элементов.

Еще одним полезным для человека свойством нефти является ее "компанейский" характер. Нефть никогда или почти никогда не встречается в недрах без углеводородных горючих газов. Правда, горючие газы довольно часто и в значительном количестве могут встречаться без нефти.

Природные углеводородные горючие газы, любовно названные "голубым чудом недр", действительно, являются чудом природы. Они исключительно широко распространены в недрах на глубинах от нескольких сантиметров до 8 км. Помимо нефтяных скважин они встречаются в угольных и соляных шахтах, в рудниках, где добывают железо, медь, различные цветные металлы, золото, алмазы и другие полезные ископаемые, на болотах и в подпочвенных питьевых водах, в газах и фумаролах вулканов и во многих других местах. С горючими углеводородными газами связано возникновение грязевых вулканов, при извержении которых мощные струи выделяющегося газа нередко загораются, образуя столб пламени высотой до нескольких километров. В "океанах" подземных вод, заключенных в горных породах как под континентами, так и под дном морей и океанов, содержится огромное количество горючих углеводородных газов: нередко в 1 м3 воды содержится до 30 м3 метана.

Но наряду со столь широким распространением углеводородные горючие газы, так же как и нефть, довольно часто концентрируются в пределах локальных участков, образуя месторождения, открытие которых требует больших затрат труда и умения.

Количество газа в месторождениях нередко может достигать 1-2 трлн. м3, а в уникальных случаях 8 трлн. м3 и даже больше. Газовые месторождения распространены очень широко: они встречаются и в пустынях Африки и Азии, и подо дном морей и океанов, например подо дном Персидского и Мексиканского заливов, и в толщах мерзлоты на севере Сибири, и на далеких островах Канадского Арктического архипелага и во многих других местах.

В составе природных горючих газов помимо обычно преобладающего метана всегда имеются и другие весьма полезные соединения и элементы: более тяжелые углеводороды (этан, пропан, бутан и другие), гелий, азот, сероводород, нередко даже углекислый газ. Кроме того, газ выносит на поверхность и другие углеводороды, которые на поверхности конденсируются в жидкость; иногда это почти готовый бензин и им можно заправлять автомашины. В таком конденсате установлено более 150 индивидуальных углеводородных соединений.

Человечество стало достаточно полно использовать природный газ только за последние несколько десятков лет. Это, возможно, связано с тем, что транспортировка газа и его использование в промышленности и быту требуют достаточно высокого технического уровня: необходимы высококачественные стальные трубы, компрессоры и различные сложные устройства. В течение почти целого столетия газ, добываемый вместе с нефтью, был лишней обузой: его приходилось сжигать в факелах, он причинял много хлопот при открытом фонтанировании нефти, вызывая пожары, которые продолжались иногда в течение нескольких лет.

Быстрыми темпами и в самых различных направлениях развивается газовая промышленность у нас в стране. Более 180 миллионов советских людей пользуются газом в быту. Велико его значение в промышленности, строительстве, энергетике, сельском хозяйстве. Почти всю выплавляемую в стране сталь, чугун, прокат получают с помощью газа. Примерно каждая третья тепловая электростанция страны вырабатывает энергию с помощью газа. Из сероводорода, содержащегося в природном газе, добывают миллионы тонн серы, являющейся ценнейшим химическим сырьем. Из содержащихся в природных горючих газах углеводородных компонентов изготовляют пластические массы, искусственные ткани, получают огромное количество полимерных соединений. Производимая из газа сажа служит наполнителем при производстве автомобильных покрышек и используется при изготовлении десятков тысяч предметов из резины и каучука, различных красок и т.д.

Цемент, используемый в строительстве зданий, мостов, дорог, получают в обжиговых печах, нагреваемых природным газом. Хлеб выпекают в печах, отапливаемых газом; поле, на котором растет зерно, обогащают азотными удобрениями, полученными из природного газа. Даже эти строки, которые вы читаете, самым непосредственным образом связаны с природным газом: с его помощью получена энергия, приводящая в движение печатную машину, типографская краска изготовлена из сажи, полученной путем сжигания природного газа.

А как очистились в связи с использованием газа воздушные бассейны над крупными городами! Если бы не газ, сколько копоти загрязняло бы воздух из сотен котельных ТЭЦ, фабрик и заводов, работавших на каменном угле или мазуте. Вот и выходит, что это голубое чудо природы – природный газ – нас кормит, одевает, обувает, согревает и освещает, дает крышу над головой и возможность дышать чистым воздухом.

Нефть и газ благодаря своим необыкновенным свойствам привлекали к себе внимание исследователей всех времен и народов. Над происхождением нефти задумывались и древнегреческий географ Страбон, и древнегреческий писатель и историк Плутарх, и средневековый ученый Агрикола. М. В. Ломоносов и Д. И. Менделеев занимались специальными исследованиями этой проблемы. Много внимания уделил происхождению нефти основоположник геохимии академик В. И. Вернадский. Но, пожалуй, никто не сделал так много для выяснения происхождения нефти, как академик И. М. Губкин.

Эта проблема возникла в начале нашей эры и, как отмечал Плутарх (46-127 годы), "вызывала горячие споры". В течение последних 100 лет происходили жаркие дискуссии о происхождении нефти и в Химическом обществе в Петербурге, и в Московском государственном университете, и в Баку, в здании Азнефти, и в уютном здании Горного колледжа в зеленом городе Талсе в штате Оклахома, и в расположенном в бывшем дворце Кочубея в Ленинграде Всесоюзном нефтяном научно-исследовательском геологоразведочном институте, и в Московском институте нефтехимической и газовой промышленности им. И. М. Губкина в Москве.

Столь большой интерес к проблеме происхождения нефти понятен. Помимо исконного стремления человека к познанию он диктуется и чисто прагматическими целями. При этом роль последних неуклонно возрастает. Прежде всего это связано с тем, что нефть и газ приходится искать все в более сложных и трудных условиях (подо дном морей и океанов, в далекой Арктике), в связи с чем необходимо существенное повышение надежности прогнозов перспектив нефтегазоносности, которое невозможно без твердых знаний условий образования нефти. Начинает беспокоить вопрос о том, на сколько хватит нефти и газа, содержащихся в недрах Земли.

Понять всю сложность проблемы происхождения нефти и углеводородных газов лучше всего можно в историческом аспекте ее решения. Анализ истории решений этой проблемы, вероятно, представляет интерес для широкого круга читателей по многим причинам. Во-первых, каждому грамотному человеку необходимо знать современные представления о происхождении Земли и жизни на ней, понимать, как произошли нефть и горючие газы – эти стимуляторы современного прогресса. Во-вторых, весьма важно проследить, как менялись во времени представления о происхождении нефти и углеводородных газов, как развивалась дискуссия и кто, и почему, в конце концов, оказался прав. Эта информация представляет не только исторический интерес: ведь и в настоящее время идут дискуссии по многим проблемам естествознания. Не исключено, что история решения сложной проблемы происхождения нефти может помочь и в решении других современных, не менее сложных и важных проблем естествознания.

В наш космический век, когда для исследования планет запускаются различные космические аппараты, необходимо с достаточной надежностью знать, в каких условиях будут работать эти аппараты, что их ждет – "океаны нефти", как предполагали некоторые авторы, или "океаны углекислоты", какие полезные ископаемые могут оказаться на этих планетах и как их можно будет использовать для человечества?

Необходимость достаточно популярного изложения основ теории происхождения нефти и углеводородных газов и истории решения этой проблемы диктуется еще и тем обстоятельством, что нередко в широкой печати эта проблема освещается односторонне, читателей недостаточно информируют о сложности проблемы и о всей огромной информации, накопленной для ее решения. В результате у многих складываются неправильные представления о путях решения проблемы, предлагаются самые невероятные "гипотезы", полностью противоречащие не только накопленной информации по нефтегазовой геологии, но и самим основам геологии. У некоторых не искушенных в области геологии читателей Появляется неправильное впечатление о легкости путей решения проблемы происхождения нефти и газа на основе тех знаний, которые можно почерпнуть в популярных брошюрах или, в лучшем случае, в энциклопедических словарях.

Весьма наглядным примером сказанного является Дискуссия о происхождении нефти, приведенная в журнале "Техника молодежи" (№ № 7 и 11, 1979 г.). Предположения, выдвинутые авторами, свидетельствуют о незнании ими основ нефтегазовой геологии и органической геохимии.

В настоящее время становится очевидным, что решение крупных и сложных проблем естествознания возможно лишь в результате работ больших коллективов исследователей с использованием всех многогранных методов анализа и обработки полученной информации. Блестящим примером этого является решение проблемы дрейфа материков, выдвинутое в первой трети XX века немецким теологом А. Вегенером и не получившее всеобщего признания.

Однако в шестидесятых годах настоящего столетия эта гипотеза возродилась, после того как была проделана большая работа: проведены геофизические и геологические исследования, обобщена и проинтерпретирована огромная информация, с помощью ЭВМ, и, наконец, большинство предположений подтвердилось результатами глубоководного бурения в океанах.

В решении проблемы происхождения нефти и углеводородных газов кроме ученых участвуют огромные коллективы рабочих, техников, инженеров, моряков, авиаторов и людей многих других специальностей. Ведь решению этой важнейшей проблемы содействуют и буровики Тюмени, и буровики сверхглубоких скважин, поднимающие горные породы с ранее недосягаемых глубин, и моряки экспедиционных судов, достающие с океанических глубин образцы пород и осадков, и пилоты самолетов, оборудованных геофизической аппаратурой, и, конечно, наши славные герои-космонавты, чьи наблюдения дают очень много для познания геологического строения нашей планеты в целом.

Всем этим труженикам, вероятно, не только интересно, но и абсолютно необходимо знать, как же образуются нефть и природные углеводородные газы, где еще можно открыть их месторождения, чтобы эти чудесные ископаемые продолжали как можно дольше согревать, одевать, кормить людей и делать их жизнь все более прекрасной. Такие знания позволят им разобраться в огромном количестве предположений о решении этой проблемы. Совсем без преувеличения можно сказать, что, пожалуй, не существует ни одного геологического процесса, с которым кто-либо из авторов не связывал бы образование нефти.

В предположениях не было и нет недостатка. Нужна была такая теория, которая не только бы объясняла образование более 35 000 месторождений нефти и газа, выявленных к настоящему времени в мире, но и обобщала огромную и многогранную геолого-геохимическую информацию, полученную при исследовании геологии морей и океанов, континентов, вулканов и др. Эта теория должна была также объяснять всю получаемую информацию о планетах, кометах, звездах и других космических телах, и – самое главное – она должна была вооружать практику поисков нефти и газа на открытия новых месторождений этих полезных ископаемых.

Автор настоящей книги поставил перед собой цель: описать истоки такой теории, показать, как она зарождалась, как постепенно отпадали все менее реальные предположения, как на основе достижений фундаментальных наук и расширения поисковых работ эта теория получала все большее обоснование и как она влияла на результаты поисков нефти и газа в нашей стране и во всем мире. Если автору удалось в какой-то степени ответить на эти вопросы, то цель, поставленная перед работой, достигнута. Автор будет благодарен за все замечания и пожелания, которые просит направлять по адресу: г. Москва, Третьяковский проезд, дом 1/19, издательство "Недра", редакция литературы по геологии нефти и газа.

Глава I. Все больше и больше нефти и газа!

Большое колличество нефти и газа

А начиналось все так. В холодное зимнее утро 3 февраля 1866 года в долине до этого малоизвестной речушки Кудако на Кубани из бурящейся неглубокой (70 м) скважины с шумом ударил фонтан нефти, дебит которого составил за первые сутки всего 36 м3, а за 57 дней около 1000 м3 (в среднем 17,8 м3/сут). В испуге разбежавшиеся рабочие, конечно, не могли думать о том, что они являются участниками исторического события – рождения новой отрасли промышленности – нефтедобывающей, развитие которой будет иметь столь огромное значение для народного хозяйства страны. В Соединенных Штатах Америки официальной датой «рождения» нефтяной промышленном считается 28 августа 1859 года, когда полковником Дрейком была пробурена скважина глубиной всего 21,03 м, давшая с помощью насоса от 1,4 до 4,8 т/сут нефти.

Однако, как всегда, каждое начало имеет свое начало. Указанные выше даты и у нас в стране и в Соединенных Штатах Америки являются в определенной степени условными, так как первые скважины на нефть бурились несколько раньше, а нефть добывалась за много десятков, а то и сотен лет до этого. Так, в России первая нефтяная скважина была пробурена еще в 1848 году вблизи Баку, а в 1855 году – в районе Ухты. В США первая нефть была получена из скважин, бурившихся для добычи рассола: в 1829 году скважина около Баркевилля (Кентукки).

В Китае за 200 лет до н.э. с помощью бамбуковых труб и бронзовой "бабы" проходили скважины глубиной до 1067 м. В Сычуане в 221-263 годах н.э. из соляных скважин глубиной около 240 м добывали газ, который использовали для выпаривания соли.

Почти во всех странах, где нефть или битуминозные порода выходили на дневную поверхность, местные жители использовали их с незапамятных времен. Археологические данные свидетельствуют о том, что если не сама нефть, то продукты ее окисления на поверхности использовались на Ближнем Востоке и на Индостанском полуострове за 3000-3250 лет до н. э., в долине Евфрата у г. Хита (западнее Багдада) они были известны даже более чем за 4000 лет до н. э. Сведения о выходах нефти и твердых битумов и их добыче на Ближнем Востоке, в северо-восточной части Африки (на территории Египта и Эфиопии 1   Вероятно, имеются в виду черные обсидианы.

[Закрыть]), а также в Албании, на Балканском полуострове, в Италии, в том числе и в Сицилии, имеются в трудах древнегреческих историков, философов и медиков: Геродота (490-425 годы до н.э.), Аристотеля (384-322 годы до н.э.), Диодора (90-21 годы до н.э.), Страбона (64-24 годы до н. э.), а также в трудах римского архитектора Витрувия (вторая половина I века до н.э.), Плиния Старшего (23-79 годы н.э.), греческого врача Диоскорида (род. около 50 года н.э.), Тацита (58-117 годы н.э.) и др.

При археологических раскопках, производившихся в 1937-1939 годах на Керченском полуострове в местах расположения городов древнего Боспорского царства Мирмекия и Тиритаки, была обнаружена амфора, заполненная нефтью, которая здесь добывалась в конце IV века н. э.

Хотя авторы многих работ указывают на то, что источники нефти на Апшеронском полуострове были известны Плутарху, Аристотелю и Плинию, прямых данных об этом в трудах названных ученых нет. Плутарх отмечает, что Александр Македонский видел "нефтяную реку", но, судя по описанию маршрута, это могло быть и на территории современных Ирака или Ирана. Аристотель также пишет о наличии нефти на территории Персии, в которую в то время входил и Апшеронский полуостров, но эта нефть могла быть встречена и за пределами полуострова. Наконец, Плиний отмечает, что "хорошего качества смолу привозят из Понта", но не исключено, что эта "смола" добывалась в Западной или Восточной Грузии. Правда, в различных легендах арабских историков (например, Искандер-Наме) упоминается, что Александр Македонский достиг Азербайджана и даже разрушил город Баилов, однако эти легенды не подтверждены более достоверными источниками.

Еще до VII века н.э. апшеронская нефть составляла одно из основных богатств Азербайджана и часть ее вывозилась в разные страны, включая Ирак и даже Индию. В летописи "Албания VII века" Моисея Каганкатваци отмечается, что в бассейне Куры добывались нефть и соль. Очевидно, в VII веке вблизи Баку было много храмов огнепоклонников, так как в исторических документах отмечено, что в 624 году византийский император Ираклий (575-641 годы) разрушил эти храмы. В 885-886 годах багдадский калиф Эль-Мутамид "пожаловал доходы" от нефтяных источников жителям города Баку, но через 18 лет он же лишил их этой привилегии. В 915 году Баку посетил арабский историк и путешественник Аль-Масуди, который писал, что только здесь имеются источники "белой" нефти.

В XIII веке в районе Баку побывали венецианский купец Марко Поло (в 1271-1273 годах) и арабские путешественники Мухаммед Булдан Якут (1179-1229 годы, точная дата посещения неизвестна) и Мухаммед Наджи Бекран (в 1230 году). Они описали добычу нефти с помощью колодцев и отметили наличие "белой" нефти, а также храма огнепоклонников 2   В Индии и в наши дни существует секта огнепоклонников которая, как полагают, пришла из Ирана.

[Закрыть].

Афанасий Никитин, проезжавший через Баку в 1467 году, отметил, что "огонь горит неугасимый". Упоминания о добыче нефти в районе Баку имеются в записках многих путешественников, посещавших этот город, начиная с XVI столетия: немца Адама Олеария (Элыплегера) (1637 год), венецианца Джосафо Барбара (1543 год), английского миссионера Джона Картрайта (1600 год), английского фабриканта Джефри Дакетта (1574 год), секретаря шведского посольства в Персии Е. Кемпфера (1684 год), англичанина Джона Чардина (1735 год), сотрудника русского посольства в Персии, впоследствии члена Петербургской академии наук И. Лерхе (1733-1735 годы), одного из директоров Англо-Русской торговой компании И. Ганвея (1741 год), академика Г. Гмелина (1768-1769 годы) и др.

Страбон и Плутарх писали, что в 329 году до н.э. во время похода Александра Македонского (356-323 годы до н.э.) через Среднюю Азию на р. Амударья (Оке) быии обнаружены выходы нефти.

В 1692v году стало известно о выходах нефти на реке Ухте, в 1703 году – на реке Сок, в 1718 году – на реке Терек, в 1738 году – на реке Волге в районе Симбирска, в 1760 году – в Оренбургской области и в районе Эмбы. В 1769 году на реке Белой предпринимались попытки кустарной добычи нефти, которые вскоре были прекращены. Лишь в Средней Азии, в Туркмении, на Челекене и в Фергане в середине XIX века нефть собиралась с поверхности водоемов.

В XIV-XVIII веках существенно расширилась география нефти и других битумов. При этом иногда открытия производились дважды: о ранее обнаруженных выходах битумов забывали и "открывали" их вновь в связи с широким использованием для асфальтирования дорог. Так было, например, с выходами нефти на юге ФРГ, у озера Тегернзее, которые были обнаружены в 1450 году, и вновь "открыты" в 1828 году; выходы нефти вблизи Пешельброна были известны еще в 695-713 годах и вновь описаны Белоном и Агриколой в XVI веке. В XIV-XV веках окисленная нефть добывалась в Северной и Центральной Италии. Наиболее полное описание всех известных к середине XVI века нефтепроявлений и способов добычи нефти и других битумов было сделано не Агриколой, как принято в литературе, а французским исследователем П. Белоном (1517-1564 годы), который с 1542 года до конца жизни посетил все известные места добычи нефти и других битумов в Европе и на Ближнем Востоке. Кстати, он сообщил, что в Северной Италии уже тогда бурились скважины глубиной до 219 м (до соленой воды), а в Германии до 366 м.

В 1608 году были открыты выходы нефти вблизи Деревни Габиен на юго-востоке Франции, в 1500 году – у Ганновера (ФРГ), в 1626 году установлены битумы на территории Швейцарии, в 1749 году – в Швеции и т.д.

В Юго-Восточной Азии выходы нефти были известны еще до прихода европейцев. Так, португальцы и немцы, высадившиеся в 1596 году на островах Ява, Суматра и Борнео, услышали от местных жителей о нефтепроявлениях. Так же обстояло дело и в Новом Свете: индейцы Северной Америки и Мексики издавна с помощью одеял собирали нефть на выходах. После высадки испанцев об этих выходах стало известно в Европе: в 1526 году о нефтепроявлениях на о. Куба, в 1544-1551 годах – на территориях Перу и Боливии (в том числе и в районе озера Титикака), в 1855 году – Эквадора и Тринидада ("смоляное" озеро) и т.д. Таким образом, к XIX столетию стало известно о распространении нефти и других битумов в разных частях света (рис. 1).

Рис. 1. Нефтепроявления и районы добычи нефти, определившиеся к 1906 году: 1 – нефтепроявления и районы кустарной добычи нефти в 1860 г.; 2 – районы месторождений нефти, открытых к 1906 г.

В процессе расширения добычи нефти произошло еще одно событие, важность которого была оценена лишь более чем через 150 лет: в конце XVIII века в районе Баку впервые в мире стали добывать нефть из-под дна моря.

К 1860 году добыча нефти, в основном с помощью колодцев, производилась во многих районах, где были известны нефтепроявления (см. рис. 1). С 1860 года начался переход от колодезной добычи к добыче с помощью буровых скважин и собственно, и началось развитие нефтедобывающей промышленности.

В этот же период была установлена приуроченность нефтяных залежей к антиклинальным складкам (см. главу IV).

Круг нефтедобывающих стран значительно расширился, и к 1906 году добыча нефти производилась на всех континентах и на крупных островах, таких как Ява, Суматра, Новая Зеландия и других, особенно же широко – в пределах США (рис. 2).

Рис. 2. Районы добычи нефти и газа: 1 – в 1906-1932 гг.; 2 – в 1933-1949 гг.; 3 – в 1950-1963 гг.; 4 – в 1964-1979 гг.

Новый этап в расширении географии нефти начался после 1906 года. В России в это время стали добывать нефть на Новогрозненском месторождении (1913 год), в Урало-Эмбенском районе (1911 год), на Северном Сахалине (Охинское месторождение, 1921 год). Интересно, что все новые месторождения в течение данного этапа были открыты в районах, характеризующихся нефтепроявлениями на поверхности. Продолжались открытия в новых областях Европы, Азии, Северной и Южной Америки и Австралии. Из числа важнейших следует отметить месторождения, обнаруженные в Венесуэле (в районе лагуны Маракайбо и бассейне р. Ориноко) и на берегах Суэцкого залива (АРЕ).

Третий этап в открытии новых месторождений нефти начался с 1932 года и продолжался до 1950 года, исключая время Второй мировой войны. В течение этого этапа был сделан ряд открытий, предопределивших развитие нефтяной промышленности в последующие этапы. К их числу следует в первую очередь отнести открытия месторождений нефти в Волго-Уральской, Тимано-Печорской провинциях, первых мелких месторождений газа в Западной Сибири и нефти в Восточной Сибири, нефтяных месторождений в Саудовской Аравии, Кувейте и других странах (см. рис. 2). Весьма важным событием описываемого этапа явилось установление широкой нефтеносности двух крупных акваторий – Каспийского моря и Мексиканского залива. И все же новые месторождения в течение данного этапа были выявлены в основном в регионах, характеризующихся либо нефтепроявлениями на поверхности, либо уже открытыми нефтяными месторождениями.

Принципиально иной характер имели открытия новых месторождений на следующем этапе (1951-1964 годы), в течение которого на основании новых теоретических представлений поисковые работы проводили во многих регионах, характеризующихся отсутствием признаков нефти на дневной поверхности или известных ранее месторождений.

В СССР были открыты месторождения газа и нефти в Днепровско-Донецком регионе, Ставрополье, на севере Краснодарского края, в Средней Азии, мелкие газовые и нефтяные месторождения в Западной Сибири; в зарубежных странах – в Сахаро-Ливийском регионе, на побережье Гвинейского залива, на берегах и в акватории залива Кука на Аляске, на западе Индии (Камбейский регион), во многих регионах Китая (Сунляо, Цайдамском, Таримском, Турфанском и др.) и др.

В последний этап, начавшийся в 1964 году и продолжающийся в настоящее время, были открыты новые нефтегазоносные территории и акватории и установлены истинные масштабы нефтегазоносности областей, открытых в течение предыдущих этапов в СССР: в Белоруссии, в Восточной Сибири и Прибалтике, стали выясняться истинные масштабы нефтегазоносности Западной Сибири, Днепровско-Донецкого региона, Восточного Предкавказья, Средней Азии и Казахстана. Были открыты месторождения газа в Черном и Азовском морях, нефти – в Охотском море и т. д.

Назад к карточке книги "Тайны образования нефти и горючих газов"

itexts.net

Тайны образования нефти и горючих газов

 

Введение

Ни один из авторов детективного жанра никогда не сравнится с природой в умении создавать и хранить тайны. В любой снежинке, любой клетке организма заключено больше тайн, чем во всей детективной литературе мира, и раскрытие их требует гораздо больше сообразительности, настойчивости, изобретательности, чем раскрытие преступлений в "Восточном экспрессе" или выяснение роли "собаки Баскервилей". Между тайнами природы и загадками детективных историй существует принципиальная разница: после каждой раскрытой тайны в природе возникают по меньшей мере две, а то и больше тайн, в детективных же историях после открытия тайн неясностей не остается. Наконец, если детективная история в конечном итоге оказывается гораздо более простой, чем это кажется вначале, то любое явление природы в действительности значительно сложнее, чем представляется в начале его исследования.

И все же благодаря научно-технической революции раскрывается одна тайна природы за другой: мы уже представляем, что такое лунный грунт, о котором было столько споров, чем отличаются лунные "моря" от "континентов", насколько жарко и "тяжело" на поверхности Венеры, знаем и об отсутствии на Марсе наших "родственников", которым было посвящено столько чудесных романов. Наши герои-космонавты буквально обживают ближний космос, совершая менее чем за час кругосветное путешествие.

С большой неохотой расстается со своими тайнами наша голубая планета. Космонавты довольно детально изучили ее "анфас", рассматривая каждую складочку и не уставая удивляться красоте Земли в течение многих и долгих месяцев полетов. Гидрографы и альпинисты хорошо изучили Землю и в "профиль", спуская телекамеры в глубочайшие впадины на дне океанов или поднимаясь на высочайшие вершины. И все же наша "старушка" Земля хранит еще много, много тайн, открывая их лишь самым смелым, самым настойчивым, самым одержимым и, конечно же, самым "вооруженным", идущим в наступление с электронными микроскопами, мощными спектрометрами, лазерными и ядерными "пушками".

Одной из тайн нашей планеты являлась нефть, называемая многими писателями "кровью Земли". Нефть - это сгусток энергии; с помощью всего лишь 1 см3 нефти можно нагреть на 1 °С целое ведро воды, а для того чтобы вскипятить "ведерный" самовар, нужно менее половины стакана (100 г) нефти. По концентрации энергии в единице объема нефть занимает первое место среди природных веществ. Даже радиоактивные руды не могут конкурировать с нефтью в этом отношении, так как содержащиеся в них радиоактивные вещества настолько рассеяны, что для извлечения 1 мг этих веществ нужно добыть тонны горных пород.

Но нефть это не только сгусток энергии, это - целый "универмаг" различных химических соединений. В одной капле нефти содержится более 900 различных и весьма сложных химических соединений, более половины химических элементов таблицы Менделеева! Это действительно чудо природы. Не менее важным ее свойством является способность концентрироваться в огромных количествах в пределах ограниченных площадей. Так, например, в нефтяном месторождении Гхавар (Саудовская Аравия) содержится более 30 млрд.т нефти. Для того чтобы реально представить этот объем, достаточно сказать, что железнодорожный эшелон, заполненный нефтью этого месторождения, имел бы в длину 8,7 млн. км или мог бы 217 раз опоясать Землю по экватору или 10 раз до Луны и обратно.

Вязкие тяжелые нефти или битумы образуют еще более крупные месторождения. По оценкам специалистов, в нефтяных месторождениях, расположенных в долине реки Ориноко и называемых нефтяным поясом Ориноко, содержится 470 млрд. т тяжелой нефти. Почти такой же нефтяной пояс площадью 150 000 км2 протягивается на 1000 км в меридиональном направлении из Западной Канады на территорию США; в месторождениях этого пояса содержится 183 млрд. т битумов и 62 млрд. т тяжелых нефтей. Только в одном месторождении Атабаска (Западная Канада) заключено не менее 143 млрд. т битумов, часть которых можно извлечь (и уже начали извлекать) с помощью специальной технологии.

Нефть большинства месторождений обладает еще одним прекрасным свойством - способностью поступать на поверхность без затраты внешней энергии; для ее добычи человеку нет необходимости находиться под землей, как, например, при добыче ископаемых углей, горючих сланцев и радиоактивных руд. Количество нефти, поступающей на поверхность из одной скважины, может достигать 10-20 тыс. т в сутки. Так, в 1977 году в Саудовской Аравии было добыто 458 млн. т нефти с помощью всего лишь 782 скважин, т.е. каждая скважина в течение года дала в среднем 586 тыс. т нефти, или 1604 т в сутки. Многие скважины в странах Ближнего и Среднего Востока и Юго-Восточной Азии за свою "жизнь" дали миллионы, а иногда и десятки миллионов тонн нефти.

Нефть нередко называют "черным золотом". Но такое сравнение снижает ее истинную ценность. В самом деле: без золота можно прожить, в промышленности и приборостроении его можно заменить многими другими металлами, а без нефти в настоящее время не обходится ни одна страна. Ведь без нефти не может двигаться ни одна автомашина, не может работать ни один двигатель, будь то паровой или атомный (ведь нужна смазка!), не будет многих лекарств, изоляционных и пластических материалов, удобрений, стимуляторов роста.

Понадобилось несколько тысяч лет, чтобы человечество научилось относительно рационально использовать нефть, и можно не сомневатся, что по мере развития химии и других наук эффективность ее использования будет повышаться. В перспективе нефть будет представлять собой не только источник энергии и углеводородного сырья, но и сырье для добычи серы и различных редких элементов.

Еще одним полезным для человека свойством нефти является ее "компанейский" характер. Нефть никогда или почти никогда не встречается в недрах без углеводородных горючих газов. Правда, горючие газы довольно часто и в значительном количестве могут встречаться без нефти.

Природные углеводородные горючие газы, любовно названные "голубым чудом недр", действительно, являются чудом природы. Они исключительно широко распространены в недрах на глубинах от нескольких сантиметров до 8 км. Помимо нефтяных скважин они встречаются в угольных и соляных шахтах, в рудниках, где добывают железо, медь, различные цветные металлы, золото, алмазы и другие полезные ископаемые, на болотах и в подпочвенных питьевых водах, в газах и фумаролах вулканов и во многих других местах. С горючими углеводородными газами связано возникновение грязевых вулканов, при извержении которых мощные струи выделяющегося газа нередко загораются, образуя столб пламени высотой до нескольких километров. В "океанах" подземных вод, заключенных в горных породах как под континентами, так и под дном морей и океанов, содержится огромное количество горючих углеводородных газов: нередко в 1 м3 воды содержится до 30 м3 метана.

Но наряду со столь широким распространением углеводородные горючие газы, так же как и нефть, довольно часто концентрируются в пределах локальных участков, образуя месторождения, открытие которых требует больших затрат труда и умения.

Количество газа в месторождениях нередко может достигать 1-2 трлн. м3, а в уникальных случаях 8 трлн. м3 и даже больше. Газовые месторождения распространены очень широко: они встречаются и в пустынях Африки и Азии, и подо дном морей и океанов, например подо дном Персидского и Мексиканского заливов, и в толщах мерзлоты на севере Сибири, и на далеких островах Канадского Арктического архипелага и во многих других местах.

В составе природных горючих газов помимо обычно преобладающего метана всегда имеются и другие весьма полезные соединения и элементы: более тяжелые углеводороды (этан, пропан, бутан и другие), гелий, азот, сероводород, нередко даже углекислый газ. Кроме того, газ выносит на поверхность и другие углеводороды, которые на поверхности конденсируются в жидкость; иногда это почти готовый бензин и им можно заправлять автомашины. В таком конденсате установлено более 150 индивидуальных углеводородных соединений.

Человечество стало достаточно полно использовать природный газ только за последние несколько десятков лет. Это, возможно, связано с тем, что транспортировка газа и его использование в промышленности и быту требуют достаточно высокого технического уровня: необходимы высококачественные стальные трубы, компрессоры и различные сложные устройства. В течение почти целого столетия газ, добываемый вместе с нефтью, был лишней обузой: его приходилось сжигать в факелах, он причинял много хлопот при открытом фонтанировании нефти, вызывая пожары, которые продолжались иногда в течение нескольких лет.

Быстрыми темпами и в самых различных направлениях развивается газовая промышленность у нас в стране. Более 180 миллионов советских людей пользуются газом в быту. Велико его значение в промышленности, строительстве, энергетике, сельском хозяйстве. Почти всю выплавляемую в стране сталь, чугун, прокат получают с помощью газа. Примерно каждая третья тепловая электростанция страны вырабатывает энергию с помощью газа. Из сероводорода, содержащегося в природном газе, добывают миллионы тонн серы, являющейся ценнейшим химическим сырьем. Из содержащихся в природных горючих газах углеводородных компонентов изготовляют пластические массы, искусственные ткани, получают огромное количество полимерных соединений. Производимая из газа сажа служит наполнителем при производстве автомобильных покрышек и используется при изготовлении десятков тысяч предметов из резины и каучука, различных красок и т.д.

Цемент, используемый в строительстве зданий, мостов, дорог, получают в обжиговых печах, нагреваемых природным газом. Хлеб выпекают в печах, отапливаемых газом; поле, на котором растет зерно, обогащают азотными удобрениями, полученными из природного газа. Даже эти строки, которые вы читаете, самым непосредственным образом связаны с природным газом: с его помощью получена энергия, приводящая в движение печатную машину, типографская краска изготовлена из сажи, полученной путем сжигания природного газа.

А как очистились в связи с использованием газа воздушные бассейны над крупными городами! Если бы не газ, сколько копоти загрязняло бы воздух из сотен котельных ТЭЦ, фабрик и заводов, работавших на каменном угле или мазуте. Вот и выходит, что это голубое чудо природы - природный газ - нас кормит, одевает, обувает, согревает и освещает, дает крышу над головой и возможность дышать чистым воздухом.

Нефть и газ благодаря своим необыкновенным свойствам привлекали к себе внимание исследователей всех времен и народов. Над происхождением нефти задумывались и древнегреческий географ Страбон, и древнегреческий писатель и историк Плутарх, и средневековый ученый Агрикола. М. В. Ломоносов и Д. И. Менделеев занимались специальными исследованиями этой проблемы. Много внимания уделил происхождению нефти основоположник геохимии академик В. И. Вернадский. Но, пожалуй, никто не сделал так много для выяснения происхождения нефти, как академик И. М. Губкин.

Эта проблема возникла в начале нашей эры и, как отмечал Плутарх (46-127 годы), "вызывала горячие споры". В течение последних 100 лет происходили жаркие дискуссии о происхождении нефти и в Химическом обществе в Петербурге, и в Московском государственном университете, и в Баку, в здании Азнефти, и в уютном здании Горного колледжа в зеленом городе Талсе в штате Оклахома, и в расположенном в бывшем дворце Кочубея в Ленинграде Всесоюзном нефтяном научно-исследовательском геологоразведочном институте, и в Московском институте нефтехимической и газовой промышленности им. И. М. Губкина в Москве.

Столь большой интерес к проблеме происхождения нефти понятен. Помимо исконного стремления человека к познанию он диктуется и чисто прагматическими целями. При этом роль последних неуклонно возрастает. Прежде всего это связано с тем, что нефть и газ приходится искать все в более сложных и трудных условиях (подо дном морей и океанов, в далекой Арктике), в связи с чем необходимо существенное повышение надежности прогнозов перспектив нефтегазоносности, которое невозможно без твердых знаний условий образования нефти. Начинает беспокоить вопрос о том, на сколько хватит нефти и газа, содержащихся в недрах Земли.

Понять всю сложность проблемы происхождения нефти и углеводородных газов лучше всего можно в историческом аспекте ее решения. Анализ истории решений этой проблемы, вероятно, представляет интерес для широкого круга читателей по многим причинам. Во-первых, каждому грамотному человеку необходимо знать современные представления о происхождении Земли и жизни на ней, понимать, как произошли нефть и горючие газы - эти стимуляторы современного прогресса. Во-вторых, весьма важно проследить, как менялись во времени представления о происхождении нефти и углеводородных газов, как развивалась дискуссия и кто, и почему, в конце концов, оказался прав. Эта информация представляет не только исторический интерес: ведь и в настоящее время идут дискуссии по многим проблемам естествознания. Не исключено, что история решения сложной проблемы происхождения нефти может помочь и в решении других современных, не менее сложных и важных проблем естествознания.

В наш космический век, когда для исследования планет запускаются различные космические аппараты, необходимо с достаточной надежностью знать, в каких условиях будут работать эти аппараты, что их ждет - "океаны нефти", как предполагали некоторые авторы, или "океаны углекислоты", какие полезные ископаемые могут оказаться на этих планетах и как их можно будет использовать для человечества?

Необходимость достаточно популярного изложения основ теории происхождения нефти и углеводородных газов и истории решения этой проблемы диктуется еще и тем обстоятельством, что нередко в широкой печати эта проблема освещается односторонне, читателей недостаточно информируют о сложности проблемы и о всей огромной информации, накопленной для ее решения. В результате у многих складываются неправильные представления о путях решения проблемы, предлагаются самые невероятные "гипотезы", полностью противоречащие не только накопленной информации по нефтегазовой геологии, но и самим основам геологии. У некоторых не искушенных в области геологии читателей Появляется неправильное впечатление о легкости путей решения проблемы происхождения нефти и газа на основе тех знаний, которые можно почерпнуть в популярных брошюрах или, в лучшем случае, в энциклопедических словарях.

Весьма наглядным примером сказанного является Дискуссия о происхождении нефти, приведенная в журнале "Техника молодежи" (№ № 7 и 11, 1979 г.). Предположения, выдвинутые авторами, свидетельствуют о незнании ими основ нефтегазовой геологии и органической геохимии.

В настоящее время становится очевидным, что решение крупных и сложных проблем естествознания возможно лишь в результате работ больших коллективов исследователей с использованием всех многогранных методов анализа и обработки полученной информации. Блестящим примером этого является решение проблемы дрейфа материков, выдвинутое в первой трети XX века немецким теологом А. Вегенером и не получившее всеобщего признания.

Однако в шестидесятых годах настоящего столетия эта гипотеза возродилась, после того как была проделана большая работа: проведены геофизические и геологические исследования, обобщена и проинтерпретирована огромная информация, с помощью ЭВМ, и, наконец, большинство предположений подтвердилось результатами глубоководного бурения в океанах.

В решении проблемы происхождения нефти и углеводородных газов кроме ученых участвуют огромные коллективы рабочих, техников, инженеров, моряков, авиаторов и людей многих других специальностей. Ведь решению этой важнейшей проблемы содействуют и буровики Тюмени, и буровики сверхглубоких скважин, поднимающие горные породы с ранее недосягаемых глубин, и моряки экспедиционных судов, достающие с океанических глубин образцы пород и осадков, и пилоты самолетов, оборудованных геофизической аппаратурой, и, конечно, наши славные герои-космонавты, чьи наблюдения дают очень много для познания геологического строения нашей планеты в целом.

Всем этим труженикам, вероятно, не только интересно, но и абсолютно необходимо знать, как же образуются нефть и природные углеводородные газы, где еще можно открыть их месторождения, чтобы эти чудесные ископаемые продолжали как можно дольше согревать, одевать, кормить людей и делать их жизнь все более прекрасной. Такие знания позволят им разобраться в огромном количестве предположений о решении этой проблемы. Совсем без преувеличения можно сказать, что, пожалуй, не существует ни одного геологического процесса, с которым кто-либо из авторов не связывал бы образование нефти.

В предположениях не было и нет недостатка. Нужна была такая теория, которая не только бы объясняла образование более 35 000 месторождений нефти и газа, выявленных к настоящему времени в мире, но и обобщала огромную и многогранную геолого-геохимическую информацию, полученную при исследовании геологии морей и океанов, континентов, вулканов и др. Эта теория должна была также объяснять всю получаемую информацию о планетах, кометах, звездах и других космических телах, и - самое главное - она должна была вооружать практику поисков нефти и газа на открытия новых месторождений этих полезных ископаемых.

Автор настоящей книги поставил перед собой цель: описать истоки такой теории, показать, как она зарождалась, как постепенно отпадали все менее реальные предположения, как на основе достижений фундаментальных наук и расширения поисковых работ эта теория получала все большее обоснование и как она влияла на результаты поисков нефти и газа в нашей стране и во всем мире. Если автору удалось в какой-то степени ответить на эти вопросы, то цель, поставленная перед работой, достигнута. Автор будет благодарен за все замечания и пожелания, которые просит направлять по адресу: г. Москва, Третьяковский проезд, дом 1/19, издательство "Недра", редакция литературы по геологии нефти и газа.

litresp.ru

Глава VI. Современная теория образования нефти и природных горючих газов

Глава VI. Современная теория образования нефти и природных горючих газов

Современная теория...

Нефтегазовая геология относится к числу тех наук, в которых научно-техническая революция произвела действительно революционный переворот как в теории, так и в практическом использовании теоретических разработок. На самом деле, как отмечалось, благодаря научно-технической революции появилась возможность получить информацию о составе органических веществ, содержащихся в породах, обнаружить ничтожные количества этих веществ, измеряемые тысячными и десятитысячными долями процента, узнать, как накапливаются эти вещества почти во всех морях и океанах мира, что происходит с ними с момента захоронения и до погружения на 7000-10000 м. Благодаря научно-технической революции почти все процессы, в которых участвуют породы и содержащееся в них органическое вещество, удалось моделировать в лабораториях.

Наконец, благодаря научно-технической революции удалось получить информацию о распределении нефти и газа в пределах почти всех континентов и крупных островов мира и в прибрежных частях многих морей и океанов.

Использование всей этой многогранной информации, а также научных разработок многих поколений ученых (особенно академиков В. И. Вернадского, И. М. Губкина и других русских, советских и зарубежных исследователей) позволило создать достаточно стройную теорию происхождения нефти и углеводородных газов, названную обобщившим всю эту информацию членом-корреспондентом Академии наук СССР, профессором МГУ Н. Б. Вассоевичем теорией осадочно-миграционного происхождения нефти и углеводородных газов.

Сама теория порождена научно-технической революцией и в то же время является ее частью, поскольку содействует открытию новых нефтегазоносных областей и провинций и росту добычи этих полезных ископаемых. В соответствии с указанной теорией нефть и углеводородные газы являются продуктами процесса преобразования захороненного органического вещества, который протекает в недрах в специфических условиях. Поэтому большое внимание уделяется изучению распространения, накопления, захоронения и преобразования в недрах органического вещества, являющегося одним из основных объектов новой ветви наук о Земле - органической геохимии.

Как отмечалось в главе III, во второй половине арийской эры на Земле зародилась жизнь, и по этой причине во всех образованиях, формировавшихся начиная с указанного времени, почти всегда содержится органическое вещество и продукты его преобразования. В настоящее время на поверхности Земли, в атмосфере а высоте до десятка километров и во всей поверхностной гидросфере в грунтовых водах и в верхней части ластовых вод, а стало быть, и пород, обязательно имеется различные микроорганизмы и продукты их жизнедеятельности. Даже в снегах и воздухе Антарктиды на высоте нескольких километров были обнаружены бактерии, водоросли и др.

Поскольку одной из основ всех жизненных процессов является углерод, определенный интерес представляет его баланс (рис. 29, 30). Как видно из рисунков, значительная доля углерода приходится на растения и весьма малая - на животных. Значительное количество углерода вносится в атмосферу в виде углекислого газа в результате деятельности человека. В 1971 году количество СО2 составило 16,06 млрд. т, что в пересчете на углерод будет равно 4,5 млрд. т. По прогнозам ряда исследователей, в 2000 году эта цифра удвоится. При этом поскольку поглощение океанами и фиксация растениями полностью не компенсируют поступающее количество углекислого газа, то за 40 лет - с 1960 по 2000 годы - атмосфера пополнится им на 88⋅1010 т.

Рис 29. Цикл углерода на Земле: а - схема: цифры - количество Углерода в граммах на 1 см2 поверхности; размеры квадратов пропорциональны содержанию углерода в соответствующих природных образованиях; стрелками показано направление обмена; б - источники углерода; цифры - количество углерода в миллиардах тонн

Продолжение цикла углерода на земле

Рис. 30. Первичная биопродукция в миллиграммах углерода на 1 м2 в день: 1 - более 500, 2 - 250-500, 3 - 150-200, 4 - 100-150, 5 - менее 100, 6 - суша

Рассматривая "продуктивность" органической жизни в океанах, выраженную в миллиграммах на 1 м2 поверхности в день, нетрудно убедиться в крайней неравномерности ее по площади: наиболее слабо "производящие" области располагаются как в высоких широтах (вблизи Антарктиды и в Северном Ледовитом океане), так ив средних широтах, приуроченных к глубоководным зонам океанов. Почти на один порядок выше "продуктивность" Вблизи западных берегов Южной Африки, западных берегов Южной Америки, у Калифорнии и т. д.

Однако "продуктивность" тех или иных участков территорий и акваторий не полностью определяет количество захороненных в них органических веществ, точнее, она может определить только верхний предел такого количества, и то не всегда, так как возможен принос водными потоками органического вещества, образовавшегося за многие десятки, а то и сотни километров от мест захоронения.

Как видно из рис. 31, зонам максимальной "продуктивности" органического вещества океана не всегда соответствуют зоны максимального его накопления.

Рис. 31. Баланс органического вещества в океане в тоннах в год

В океанических бассейнах довольно четко выявляется общая закономерность увеличения содержания органического вещества в осадках по мере приближения к суше. На фоне общей закономерности выделяются и частные: количество захороняемого органического вещества повышается вблизи устьев рек, особенно таких крупных, как Миссисипи, Ганг, Нигер, Амазонка и др. Любопытно, что осадки, а вместе с ними и органические остатки, выносимые крупными реками, разносятся по океанам и морям на многие сотни, а иногда и тысячи километров. Так, осадки, выносимые Амазонкой в Атлантический океан, прослежены на расстояние более 2000 км от устья. Вместе с песком и илом на дне оседают кусочки древесины, обрывки растений и другие органические остатки.

Также богаты органическим веществом осадки внутренних окраинных морей (Средиземного, Черного, Каспийского, Японского и др.) и некоторые прибрежные части океанов. Так, у западного побережья Африки в заливе Флемиш-Бей современные осадки содержат до 10-12 % органического вещества. Как правило, количество его в осадках увеличивается с уменьшением диаметра минеральных частиц: оно максимально в глинах, намного меньше в песчаниках и совсем незначительно в более грубых, осадках - гравелитах, конгломератах и т. д.

По подсчетам советского исследователя Е. А. Романкевича, в Мировом океане содержится 1830 млрд. т органического вещества (в пересчете на углерод), из которого на дно ежегодно поступает 1-3 млрд. т, а с осадками захороняется 85 млн. т. Если предположить, то в течение фанерозоя (570 млн. лет) скорость накопления органического вещества в морях и океанах была кой же, как в настоящее время (что, конечно, неверно, к как в отдельные периоды она значительно колебалась), то за этот промежуток времени могло накопиться столько органического вещества, что его хватило бы для образования 56 000 трлн. т нефти. В этих расчетах не учитывалось количество органического вещества, которое накапливается в осадках крупных озер, рек и болот (торф).

Таким образом, в осадочные породы уже на первой стадии их образования попадает органическое вещество, количество которого, как правило, не превышает 1-2 % их состава, но нередко достигает и 10-20%, а эпизодически 50-100 % (горючие сланцы, ископаемые угли).

Таким образом, захоронение органического вещества вместе с минеральными осадками почти всегда сопровождает процесс осадконакопления в водных бассейнах различных типов, и зоны различного содержания (в том числе и повышенного) этого вещества распространяются на огромные площади, измеряемые сотнями или тысячами квадратных километров, и в плане довольно закономерно сменяют друг друга в соответствии со сменой типов осадков (прибрежные, глубоководные и т. д.).

Накопление осадков в водных бассейнах без органического вещества происходит лишь в исключительных случаях и является событием экстраординарным.

Процессы образования магматических пород, как правило, не сопровождаются накоплением органического вещества, оно попадает в эти породы эпизодически, чаще всего при контакте с осадочными образованиями (почвами, осадками и др.).

Нередко при извержениях движущаяся лава захватывает почвы, обогащенные органическим веществом, растительность, встреченную на пути (деревья, кустарники, травяной покров), и даже животных. Органические вещества, попадающие в "живой" поток лавы, имеющий весьма высокую температуру, обычно сгорают. Но нередко органическое вещество бывает захвачено остывающим потоком лавы, оно не успевает сгорать и оказывается погребенным вместе с изверженными породами.

Особенно часто захороняется растительный покров при извержениях, сопровождающихся выпадением большого количества вулканического пепла. Так, при извержении вулкана Толбачик на Камчатке в 1975-1976 годах пеплом были засыпаны лес и кустарник в окружности до 5 км от центра извержения, И В некоторых местах над поверхностью пепла выступают верхние части кустов и деревьев.

При подводных извержениях лавой захватывается верхний слой осадков, обогащенных органическим веществом, или даже организмы (кораллы и др.). Наконец, органическое вещество может захороняться с вулканогенными осадками и в тех случаях, когда в кальдерах вулканов или на их склонах образуются теплые болота, озера, теплые источники, в которых широко развиваются сине-зеленые водоросли и различные микроорганизмы. Такая, например, картина наблюдается в настоящее время в кальдере вулкана Узон на Камчатке. На дне этой кальдеры накапливаются остатки водорослей и растений, образующие линзы торфа, на которых, в свою очередь, развиваются микроорганизмы. Можно не сомневаться, что если снова начнется извержение, то накопившиеся с органическим веществом слои окажутся погребенными под потоками лавы или толщей вулканического пепла.

Органическое вещество в некоторых случаях может попадать и в интрузивные магматические породы. Происходит это двумя путями. Оно может быть захвачено обломками осадочных пород, обогащенных этим веществом, и в таком случае в наибольшем количестве содержится в этих обломках. Так, встречающиеся во многих алмазоносных кимберлитовых трубках Сибири кусочки известняков и доломитов содержат значительно больше органического вещества, чем сами кимберлиты.

Другой путь следующий. При остывании магмы и растрескивании образующихся из нее пород в трещинах создается относительный вакуум, благодаря которому из смежных осадочных пород как бы "высасываются" жидкости и газы. Если эти осадочные породы содержат нефть или углеводородные газы, то газы и нефть могут попадать и в магматические породы. Это хорошо заметно в некоторых кимберлитовых трубках Сибири (например, в трубке Удачная, где скопился метановый газ), а также в магматических породах Гурии (Грузия) т. д.

Но, как уже говорилось, процессы попадания органического вещества в магматические породы являются эпизодическими и по масштабам не сопоставимы с процессами захоронения органического вещества в осаДкйх водных бассейнов.

Принципиальные отличия органического вещества, содержащегося в осадочных и магматических породах, обусловливаются также тем, что не все захороненное органическое вещество впоследствии может стать источником образования нефти и газа. Дело в том, что степень сохранности захороненного вещества и пути его преобразования зависят в конечном итоге от доступа кислорода и условий для удаления продуктов окисления. Так, при свободном доступе кислорода происходит тление органического вещества, и если к тому же существуют условия для удаления продуктов реакции, то органическое вещество разрушается полностью, образуя преимущественно углекислоту и воду. Такова судьба органического вещества, которое захороняется на суше выше уровня грунтовых вод, а также в водоемах со свободной циркуляцией поверхностных вод, насыщенных кислородом, или оказавшегося в слоях грубозернистого материала (песка, галечника и др.), по которым циркулируют насыщенные кислородом воды, удаляющие как само органическое вещество, так и продукты его разрушения.

При ограниченном доступе кислорода или полном отсутствии его доступа органическое вещество в зависимости от его типа, наличия условий, благоприятных для развития микроорганизмов, подвергается процессам гниения или брожения, при которых образуются сначала метан, а затем и другие углеводороды и различные вещества (воски, смолы и др.). Вот почему наиболее благоприятные условия для захоронения органического вещества и его преобразования в сторону горючих ископаемых существуют в осадках водоемов, придонные части которых характеризуются застойными условиями, т. е. в осадках морей, океанов, озер, болот, стариц.

Вне водных бассейнов условия, благоприятные для захоронения и сохранения органического вещества и затем его медленного преобразования без существенного окисления, как правило, отсутствуют или, точнее, встречаются в сравнительно редких случаях: при крупных извержениях, особенно если последние сопровождаются выпадением огромных количеств вулканического пепла, в зонах многолетней мерзлоты и т. д.

Вероятно, уместно будет сравнить площади накопления осадков в водных бассейнах с засеянным полем, на котором роль хлебороба исполняет вода, равномерно рассеивающая органическое вещество и даже создающая условия для его образования (для жизни микро- и макроорганизмов), а территории образования магмаэтических пород - с пустырем, заросшим сорняками, на котором лишь в редких случаях прорастают отдельные колосья хлеба из зерен, занесенных ветром, оброненных человеком, или попавших случайно другим путем.

Если это так, что и закономерности распределения органического вещества должны быть принципиально различными для осадочных и магматических пород. И действительно, распределение органического вещества в осадочных породах характеризуется такими же особенностями, как и распределение органического вещества в современных осадках: его количество зависит от состава пород и возрастает с уменьшением размера зерен и обломков, достигая максимума в глинистых разностях; зоны различного содержания (в том числе и повышенного) органического вещества прослеживаются на огромных площадях. Так, глинистые породы баженовской свиты Западной Сибири, характеризующиеся высоким содержанием органического вещества (до 10-13%), распространены на площади, измеряемой многими сотнями тысяч квадратных километров. Такие же примеры имеются и среди девонских отложений Волго-Уральской области (доманик) и среди пермских отложений Европы и т. д.

Совершенно иной характер имеет распространение органического вещества в магматических породах: как правило, органическое вещество не образует в них заметных скоплений и лишь спорадически обнаруживается в самых различных количествах. При этом не наблюдается определенных закономерностей в его распределении по площади и разрезу магматических пород, и нередко участки повышенного содержания органического вещества в магматических породах бывают приурочены к зонам контакта этих пород с осадочными или к включениям обломков последних.

Указанными закономерностями распределения органического вещества в осадочных и магматических породах можно объяснить и наблюдаемые особенности распределения этого вещества в третьей группе пород - метаморфических, образующихся, как отмечалось выше, при метаморфизме пород первых двух групп. Благодаря исследованиям советских ученых, и в первую очередь академика А. В. Сидоренко и С. А. Сидоренко, установлено, что в метаосадочных породах, представляющих собой метаморфизованные осадочные породы, как правило, содержится органическое вещество, количество которого несоизмеримо меньшее, чем в нормальных осадочных породах. Но все же и содержание органического вещества и его состав находятся в прямой зависимости от состава включающих его метаосадочных пород. В метаизверженных породах, как правило, органического вещества в ощутимых количествах не содержится, и если оно встречается, то незакономерно, локально.

Но только захоронение органического вещества не обеспечивает нефтегазообразования. Продолжая аналогию между захоронением органического вещества и посевом пшеницы или каких-либо других культур, можно заметить, что, как в растениеводстве, хорошая заделка семян - необходимое, но далеко не достаточное условие для получения урожая, так и захоронение органического вещества - первый, но далеко не достаточ-ный этап в длительном процессе нефтеобразования и в несколько более коротком процессе газообразования.

Это связано со многими причинами. Во-первых, в природе слишком много "любителей" энергии, заключенной как в захороненном органическом веществе, так и в любом зерне, состоящем из органического вещества. Во-вторых, так же как и растения для своего роста нуждаются в определенных благоприятных условиях, достаточной температуре, соответствующей плотности включающего грунта, обеспечивающей возможность прорастания семян, так и преобразование органического вещества в сторону нефти может происходить лишь при определенных благоприятных условиях, в первую очередь температурных и др.

Более того, если зерна растений в процессе эволюции приобрели защитные приспособления в виде достаточно прочной непроницаемой для микроорганизмов и инертной для разных химических реагентов оболочки, то обрывки и кусочки органического вещества такой защитной оболочки, как правило, не имеют, хотя если в породу попадают те же зерна, пыльца, споры, то они в начальный период менее подвержены действию различных неблагоприятных условий.

Как отмечалось выше, при доступе кислорода происходит окисление органического вещества с образованием преимущественно углекислоты и воды. Этому процессу способствует жизнедеятельность многих микроорганизмов. Поэтому на поверхности земли, а также на дне водоемов в грунтах, хорошо промываемых водой (крупнозернистых песчаных, галечниковых и т.д.), происходит окисление органического вещества. Нередко вода не только приносит кислород, но и выносит продукты окисления, благодаря чему процесс может развиваться почти до полного разложения органического вещества. Исключения могут составлять крупные обрывки растительной ткани, семена, споры и пыльца растений,

нередко сохраняющиеся в песках и даже галечниках. В наиболее распространенных осадках - илах, глинистых илах, накапливающихся в спокойных водах бухт, заливов, озер, болот, стариц рек, доступ кислорода, как правило, затруднен, и поэтому нет условий для полного окисления содержащегося в них органического вещества. В таких осадках развиваются микроорганизмы, которые "набрасываются" в первую очередь на легко-разрушаемые органические соединения - белки, углеводы и др. При этом образуется много углекислого газа, воды, метана и незначительное количество жидких и твердых углеводородов. Эти углеводороды обнаружены в современных осадках почти всех морей, океанов, озер, стариц рек и т. д. О широком образовании метана в болотах свидетельствует и его второе название - болотный газ.

В указанный биогенный этап захороненное в осадках органическое вещество так сильно преобразуется, что и по составу, и по физико-химическим свойствам, и по морфологии, и другим признакам становится абсолютно непохожим на то исходное вещество, которое захоронялось в осадках: в результате потери легко гидролизуемых компонентов в нем остаются устойчивые и синтезируются сложные и также устойчивые соединения.

Это органическое вещество состоит из трех групп соединений, которые дифференцируют по растворимости в различных растворителях. Значительную часть этого вещества составляют соединения, растворимые в едком калии, которые называются гуминовыми кислотами. В несколько меньшем количестве содержится не растворимое в органических растворителях вещество, именуемое в зарубежной литературе керогеном. В небольших количествах присутствуют растворимые в бензоле, хлороформе и других органических растворителях компоненты - битумы, или, как их теперь называют, битумоиды, в составе которых определены жидкие и твердые углеводороды всех трех групп. На всех стадиях изменения в осадках и в заключенном в них органическом веществе всегда содержатся в разных состояниях (свободном, сорбированном, в закрытых порах) газообразные компоненты, среди которых нередко преобладает метан, присутствуют этан и другие газообразные углеводороды.

По мере отложения все новых и новых порций осадков затрудняется и почти прекращается обмен веществами с придонным слоем воды, что приводит к гибели микроорганизмов вследствие отравления их продуктами своей жизнедеятельности. Намечается новый этап, обусловленный повышением температуры, происходящим из-за увеличения глубины залегания (см. главу III). Температура в осадках может также повышаться вследствие развития в них различных экзотермических химических процессов: выпадения солей, образования новых минералов и т. д.

Повышение температуры вызывает разложение или, как говорят, деструкцию органического вещества: более сложные полимерные соединения разлагаются, образуя менее сложные соединения, в том числе и углеводороды. Благодаря этому с увеличением глубины залегания в органическом веществе осадочных пород растет содержание битумов и в составе последних - количество жидких и твердых углеводородов. Увеличивается и количество газообразных углеводородов.

Источники образования отдельных компонентов нефти показаны на рис. 32. Темп деструкции органического вещества резко повышается после достижения температуры порядка 60°С, что в большинстве случаев характерно для глубин порядка 1500-2000 м. По мере дальнейшего повышения температуры темп деструкции несколько снижается, но при этом из керогена продолжается образование новых порций битума, в которых содержатся новые и новые порции твердых, жидких и газообразных углеводородов и других соединений (рис. 33). Этот процесс продолжается до температур порядка 180-200°С. Дальнейшее повышение температуры приводит к деструкции образовавшихся жидких и твердых углеводородов, когда из органического вещества образуются только или почти только газообразные углеводороды и графит.

Рис. 32. Источники образования отдельных компонентов нефти

Рис. 33. Схема превращения керогена в нефть и газ

Интервал глубин, в котором из органического вещества образуются максимальные количества жидких углеводородов, Н. Б. Вассоевич предложил называть главной зоной нефтеобразования. Эта зона располагается на глубине порядка 1500-3000 м (в разных регионах по разному). Верхний интервал глубин, на которых образуется газ, назван Н. Б. Вассоевичем зоной газообразования, нижний интервал - главной зоной газообразования (табл. 2).

Таблица 2. Глубины и характеристика зон нефте и газообразования (по Н. Б. Вассоевичу и др.)

Описанная выше картина весьма схематизирована. Дело в том, что количество и битумов и углеводородов, образующихся на разных глубинах, а стало быть, и при разных температурах, во многом зависит от состава исходного органического вещества, степени его раздробленности, характера осадков, в котором оно находится и т. д. Так, установлено, что органическое вещество, представленное в основном остатками наземной растительности (так называемое гумусовое) дает при разложении больше газообразных углеводородов, жидкие углеводороды начинают образовываться из него при борее высоких температурах. Органическое вещество, накапливающееся в морских осадках, как правило, генерирует больше нефти.

Приведенная выше зависимость количества и состава органического вещества от температуры не только установлена в самых различных областях мира, но и наблюдается при проведении подобных экспериментов на моделях в лабораториях. Не останавливаясь на химической стороне указанного процесса, отметим лишь, что многими исследователями создана математическая модель этого процесса, позволяющая с помощью ЭВМ производить необходимые расчеты.

Образование газов из остатков наземной растительности в процессе формирования ископаемых углей изучено достаточно хорошо как на природном материале, так и экспериментально. Как отмечалось, уже на первой стадии при образовании торфа в болотах выделяется значительное количество метана. В дальнейшем при переходе торфа в бурый уголь, который при повышении температуры превращается в свою очередь в каменный уголь, а последний - в полуантрацит и антрацит, продолжается выделение метана и других газообразных, жидких и твердых углеводородов, а также различных летучих и нелетучих веществ - воды, углекислоты, сероводорода и др.

Учеными довольно точно рассчитаны количества образующихся при указанных процессах веществ и составлены соответствующие формулы. Выделение при этом метана и других углеводородов подтверждается наличием их в углях. Как известно, газоносность углей создает большие трудности при их добыче.

Наконец, образование метана и других углеводородов при нагревании угля подтверждается огромным количеством экспериментов, проводимых в разных странах.

Описанные выше процессы превращения органического вещества в

librolife.ru

Читать онлайн "Тайны образования нефти и горючих газов" автора Калинко Михаил Кузьмич - RuLit

Тайны образования нефти и горючих газов

Автор, известный ученый, знакомит с различными представлениями о происхождении нефти и углеводородных газов, причем особое внимание уделяется современной органической теории, ее аргументации и проверке практикой.

Калинко Михаил Кузьмич

Москва: Недра, 1981 - с.192, ил

Ни один из авторов детективного жанра никогда не сравнится с природой в умении создавать и хранить тайны. В любой снежинке, любой клетке организма заключено больше тайн, чем во всей детективной литературе мира, и раскрытие их требует гораздо больше сообразительности, настойчивости, изобретательности, чем раскрытие преступлений в "Восточном экспрессе" или выяснение роли "собаки Баскервилей". Между тайнами природы и загадками детективных историй существует принципиальная разница: после каждой раскрытой тайны в природе возникают по меньшей мере две, а то и больше тайн, в детективных же историях после открытия тайн неясностей не остается. Наконец, если детективная история в конечном итоге оказывается гораздо более простой, чем это кажется вначале, то любое явление природы в действительности значительно сложнее, чем представляется в начале его исследования.

И все же благодаря научно-технической революции раскрывается одна тайна природы за другой: мы уже представляем, что такое лунный грунт, о котором было столько споров, чем отличаются лунные "моря" от "континентов", насколько жарко и "тяжело" на поверхности Венеры, знаем и об отсутствии на Марсе наших "родственников", которым было посвящено столько чудесных романов. Наши герои-космонавты буквально обживают ближний космос, совершая менее чем за час кругосветное путешествие.

С большой неохотой расстается со своими тайнами наша голубая планета. Космонавты довольно детально изучили ее "анфас", рассматривая каждую складочку и не уставая удивляться красоте Земли в течение многих и долгих месяцев полетов. Гидрографы и альпинисты хорошо изучили Землю и в "профиль", спуская телекамеры в глубочайшие впадины на дне океанов или поднимаясь на высочайшие вершины. И все же наша "старушка" Земля хранит еще много, много тайн, открывая их лишь самым смелым, самым настойчивым, самым одержимым и, конечно же, самым "вооруженным", идущим в наступление с электронными микроскопами, мощными спектрометрами, лазерными и ядерными "пушками".

Одной из тайн нашей планеты являлась нефть, называемая многими писателями "кровью Земли". Нефть - это сгусток энергии; с помощью всего лишь 1 см3 нефти можно нагреть на 1 °С целое ведро воды, а для того чтобы вскипятить "ведерный" самовар, нужно менее половины стакана (100 г) нефти. По концентрации энергии в единице объема нефть занимает первое место среди природных веществ. Даже радиоактивные руды не могут конкурировать с нефтью в этом отношении, так как содержащиеся в них радиоактивные вещества настолько рассеяны, что для извлечения 1 мг этих веществ нужно добыть тонны горных пород.

Но нефть это не только сгусток энергии, это - целый "универмаг" различных химических соединений. В одной капле нефти содержится более 900 различных и весьма сложных химических соединений, более половины химических элементов таблицы Менделеева! Это действительно чудо природы. Не менее важным ее свойством является способность концентрироваться в огромных количествах в пределах ограниченных площадей. Так, например, в нефтяном месторождении Гхавар (Саудовская Аравия) содержится более 30 млрд.т нефти. Для того чтобы реально представить этот объем, достаточно сказать, что железнодорожный эшелон, заполненный нефтью этого месторождения, имел бы в длину 8,7 млн. км или мог бы 217 раз опоясать Землю по экватору или 10 раз до Луны и обратно.

Вязкие тяжелые нефти или битумы образуют еще более крупные месторождения. По оценкам специалистов, в нефтяных месторождениях, расположенных в долине реки Ориноко и называемых нефтяным поясом Ориноко, содержится 470 млрд. т тяжелой нефти. Почти такой же нефтяной пояс площадью 150 000 км2 протягивается на 1000 км в меридиональном направлении из Западной Канады на территорию США; в месторождениях этого пояса содержится 183 млрд. т битумов и 62 млрд. т тяжелых нефтей. Только в одном месторождении Атабаска (Западная Канада) заключено не менее 143 млрд. т битумов, часть которых можно извлечь (и уже начали извлекать) с помощью специальной технологии.

Нефть большинства месторождений обладает еще одним прекрасным свойством - способностью поступать на поверхность без затраты внешней энергии; для ее добычи человеку нет необходимости находиться под землей, как, например, при добыче ископаемых углей, горючих сланцев и радиоактивных руд. Количество нефти, поступающей на поверхность из одной скважины, может достигать 10-20 тыс. т в сутки. Так, в 1977 году в Саудовской Аравии было добыто 458 млн. т нефти с помощью всего лишь 782 скважин, т.е. каждая скважина в течение года дала в среднем 586 тыс. т нефти, или 1604 т в сутки. Многие скважины в странах Ближнего и Среднего Востока и Юго-Восточной Азии за свою "жизнь" дали миллионы, а иногда и десятки миллионов тонн нефти.

www.rulit.me

Михаил Калинко - Тайны образования нефти и горючих газов

Содержание:

Тайны образования нефти и горючих газов

Автор, известный ученый, знакомит с различными представлениями о происхождении нефти и углеводородных газов, причем особое внимание уделяется современной органической теории, ее аргументации и проверке практикой.

Калинко Михаил Кузьмич

Москва: Недра, 1981 - с.192, ил

Введение

Ни один из авторов детективного жанра никогда не сравнится с природой в умении создавать и хранить тайны. В любой снежинке, любой клетке организма заключено больше тайн, чем во всей детективной литературе мира, и раскрытие их требует гораздо больше сообразительности, настойчивости, изобретательности, чем раскрытие преступлений в "Восточном экспрессе" или выяснение роли "собаки Баскервилей". Между тайнами природы и загадками детективных историй существует принципиальная разница: после каждой раскрытой тайны в природе возникают по меньшей мере две, а то и больше тайн, в детективных же историях после открытия тайн неясностей не остается. Наконец, если детективная история в конечном итоге оказывается гораздо более простой, чем это кажется вначале, то любое явление природы в действительности значительно сложнее, чем представляется в начале его исследования.

И все же благодаря научно-технической революции раскрывается одна тайна природы за другой: мы уже представляем, что такое лунный грунт, о котором было столько споров, чем отличаются лунные "моря" от "континентов", насколько жарко и "тяжело" на поверхности Венеры, знаем и об отсутствии на Марсе наших "родственников", которым было посвящено столько чудесных романов. Наши герои-космонавты буквально обживают ближний космос, совершая менее чем за час кругосветное путешествие.

С большой неохотой расстается со своими тайнами наша голубая планета. Космонавты довольно детально изучили ее "анфас", рассматривая каждую складочку и не уставая удивляться красоте Земли в течение многих и долгих месяцев полетов. Гидрографы и альпинисты хорошо изучили Землю и в "профиль", спуская телекамеры в глубочайшие впадины на дне океанов или поднимаясь на высочайшие вершины. И все же наша "старушка" Земля хранит еще много, много тайн, открывая их лишь самым смелым, самым настойчивым, самым одержимым и, конечно же, самым "вооруженным", идущим в наступление с электронными микроскопами, мощными спектрометрами, лазерными и ядерными "пушками".

Одной из тайн нашей планеты являлась нефть, называемая многими писателями "кровью Земли". Нефть - это сгусток энергии; с помощью всего лишь 1 см3 нефти можно нагреть на 1 °С целое ведро воды, а для того чтобы вскипятить "ведерный" самовар, нужно менее половины стакана (100 г) нефти. По концентрации энергии в единице объема нефть занимает первое место среди природных веществ. Даже радиоактивные руды не могут конкурировать с нефтью в этом отношении, так как содержащиеся в них радиоактивные вещества настолько рассеяны, что для извлечения 1 мг этих веществ нужно добыть тонны горных пород.

Но нефть это не только сгусток энергии, это - целый "универмаг" различных химических соединений. В одной капле нефти содержится более 900 различных и весьма сложных химических соединений, более половины химических элементов таблицы Менделеева! Это действительно чудо природы. Не менее важным ее свойством является способность концентрироваться в огромных количествах в пределах ограниченных площадей. Так, например, в нефтяном месторождении Гхавар (Саудовская Аравия) содержится более 30 млрд.т нефти. Для того чтобы реально представить этот объем, достаточно сказать, что железнодорожный эшелон, заполненный нефтью этого месторождения, имел бы в длину 8,7 млн. км или мог бы 217 раз опоясать Землю по экватору или 10 раз до Луны и обратно.

Вязкие тяжелые нефти или битумы образуют еще более крупные месторождения. По оценкам специалистов, в нефтяных месторождениях, расположенных в долине реки Ориноко и называемых нефтяным поясом Ориноко, содержится 470 млрд. т тяжелой нефти. Почти такой же нефтяной пояс площадью 150 000 км2 протягивается на 1000 км в меридиональном направлении из Западной Канады на территорию США; в месторождениях этого пояса содержится 183 млрд. т битумов и 62 млрд. т тяжелых нефтей. Только в одном месторождении Атабаска (Западная Канада) заключено не менее 143 млрд. т битумов, часть которых можно извлечь (и уже начали извлекать) с помощью специальной технологии.

Нефть большинства месторождений обладает еще одним прекрасным свойством - способностью поступать на поверхность без затраты внешней энергии; для ее добычи человеку нет необходимости находиться под землей, как, например, при добыче ископаемых углей, горючих сланцев и радиоактивных руд. Количество нефти, поступающей на поверхность из одной скважины, может достигать 10-20 тыс. т в сутки. Так, в 1977 году в Саудовской Аравии было добыто 458 млн. т нефти с помощью всего лишь 782 скважин, т.е. каждая скважина в течение года дала в среднем 586 тыс. т нефти, или 1604 т в сутки. Многие скважины в странах Ближнего и Среднего Востока и Юго-Восточной Азии за свою "жизнь" дали миллионы, а иногда и десятки миллионов тонн нефти.

Нефть нередко называют "черным золотом". Но такое сравнение снижает ее истинную ценность. В самом деле: без золота можно прожить, в промышленности и приборостроении его можно заменить многими другими металлами, а без нефти в настоящее время не обходится ни одна страна. Ведь без нефти не может двигаться ни одна автомашина, не может работать ни один двигатель, будь то паровой или атомный (ведь нужна смазка!), не будет многих лекарств, изоляционных и пластических материалов, удобрений, стимуляторов роста.

Понадобилось несколько тысяч лет, чтобы человечество научилось относительно рационально использовать нефть, и можно не сомневатся, что по мере развития химии и других наук эффективность ее использования будет повышаться. В перспективе нефть будет представлять собой не только источник энергии и углеводородного сырья, но и сырье для добычи серы и различных редких элементов.

Еще одним полезным для человека свойством нефти является ее "компанейский" характер. Нефть никогда или почти никогда не встречается в недрах без углеводородных горючих газов. Правда, горючие газы довольно часто и в значительном количестве могут встречаться без нефти.

Природные углеводородные горючие газы, любовно названные "голубым чудом недр", действительно, являются чудом природы. Они исключительно широко распространены в недрах на глубинах от нескольких сантиметров до 8 км. Помимо нефтяных скважин они встречаются в угольных и соляных шахтах, в рудниках, где добывают железо, медь, различные цветные металлы, золото, алмазы и другие полезные ископаемые, на болотах и в подпочвенных питьевых водах, в газах и фумаролах вулканов и во многих других местах. С горючими углеводородными газами связано возникновение грязевых вулканов, при извержении которых мощные струи выделяющегося газа нередко загораются, образуя столб пламени высотой до нескольких километров. В "океанах" подземных вод, заключенных в горных породах как под континентами, так и под дном морей и океанов, содержится огромное количество горючих углеводородных газов: нередко в 1 м3 воды содержится до 30 м3 метана.

Но наряду со столь широким распространением углеводородные горючие газы, так же как и нефть, довольно часто концентрируются в пределах локальных участков, образуя месторождения, открытие которых требует больших затрат труда и умения.

Количество газа в месторождениях нередко может достигать 1-2 трлн. м3, а в уникальных случаях 8 трлн. м3 и даже больше. Газовые месторождения распространены очень широко: они встречаются и в пустынях Африки и Азии, и подо дном морей и океанов, например подо дном Персидского и Мексиканского заливов, и в толщах мерзлоты на севере Сибири, и на далеких островах Канадского Арктического архипелага и во многих других местах.

В составе природных горючих газов помимо обычно преобладающего метана всегда имеются и другие весьма полезные соединения и элементы: более тяжелые углеводороды (этан, пропан, бутан и другие), гелий, азот, сероводород, нередко даже углекислый газ. Кроме того, газ выносит на поверхность и другие углеводороды, которые на поверхности конденсируются в жидкость; иногда это почти готовый бензин и им можно заправлять автомашины. В таком конденсате установлено более 150 индивидуальных углеводородных соединений.

profilib.org

Заключение. «Тайны образования нефти и горючих газов»

 

Итак, раскрыта тайна еще одной "детективной истории", сочиненной самым изобретательным автором, - Природой. Решена одна из труднейших проблем естествознания - проблема происхождения нефти, волновавшая умы людей в течение более двух тысяч лет. Если представить себе решенные крупные научные проблемы как своеобразные дворцы - памятники человеческому гению, то в их анфиладе в ряду с такими дворцами, как Ньютонова механика, общая теория относительности, происхождение видов, гелиоцентрическая система, выстроен новый дворец - теория осадочно-миграционного происхождения нефти и природных горючих газов.

Этот дворец имеет прочный фундамент, который закладывали гениальные ученые многих поколений: М. В. Ломоносов, В. И. Вернадский, А. Д. Архангельский, И. М. Губкин, Н. М. Страхов и другие. Свои "кирпичи" в стены этого прекрасного здания вложили многие геологи, химики и геохимики разных стран нескольких поколений.

Длительная история решения проблемы происхождения нефти отнюдь не была простой: она изобиловала и гениальными догадками, и крупными заблуждениями, и различными драматическими "ситуациями. Ретроспективно понятны и причины заблуждений и возникавших трудностей. Они были вызваны в первую очередь недостатком информации о распространении нефти, а затем отсутствием соответствующих методов обнаружения рассеянных углеводородов. Поэтому однозначно проблема и не могла быть решена до тех пор, пока благодаря научно-технической революции не стала поступать "лавина" качественно иной информации.

Многовековой спор о неорганическом и органическом происхождении нефти окончательно разрешен в пользу последнего, и представления об ее неорганическом происхождении являются одним из неизбежных ранних заблуждений, аналогично представлениям о "рукотворных" каналах на Марсе, о жизни на Луне и др.

Создание фундаментальной теории происхождения нефти и природных горючих газов имеет огромное значение для практики поисков этих ископаемых. Она открывает широкие возможности для повышения эффективности нефтегазопоисковых работ, так как создает базу для научного прогнозирования перспектив нефтегазоносное™ территорий и акваторий.

Результаты исследований по образованию месторождений нефти в природных условиях могут оказывать существенную помощь при разработке методов повышения нефтеотдачи пластов,

На основе теории осадочно-миграционного происхождения нефти и углеводородных газов двадцать лет назад были сделаны прогнозы о перспективах нефтегазоносно-сти Северного, Черного, Азовского, Охотского, Яванского, Средиземного и других морей, Камбейского, Гвинейского, Кука и некоторых других заливов, Бассова, Мака-сарского, Малаккского и некоторых других проливов, а также прибрежных частей Атлантического, Тихого и Северного Ледовитого океанов. Все эти прогнозы блестяще подтвердились.

В настоящее время на базе этой теории прогнозируются перспективы нефтегазоносности континентального склона, континентального подножья, океанических поднятий и глубоководных желобов.

Становится очевидным, что образование нефти и природных горючих газов в земной коре - это одна из "точек соприкосновения" циклов круговоротов углерода и водорода в масштабе Вселенной.

Таким образом, решение проблемы происхождения нефти и углеводородных газов позволяет не только определять все потенциальные ресурсы нефти и газа в земной коре и повышать эффективность их поисков, но и оценивать возможность обнаружения различных углеводородов в космосе. Торжество теории осадочно-миграционного происхождения нефти и газа - еще одно яркое доказательство безграничности человеческого познания.

litra.pro

Заключение. «Тайны образования нефти и горючих газов»

 

Итак, раскрыта тайна еще одной "детективной истории", сочиненной самым изобретательным автором, - Природой. Решена одна из труднейших проблем естествознания - проблема происхождения нефти, волновавшая умы людей в течение более двух тысяч лет. Если представить себе решенные крупные научные проблемы как своеобразные дворцы - памятники человеческому гению, то в их анфиладе в ряду с такими дворцами, как Ньютонова механика, общая теория относительности, происхождение видов, гелиоцентрическая система, выстроен новый дворец - теория осадочно-миграционного происхождения нефти и природных горючих газов.

Этот дворец имеет прочный фундамент, который закладывали гениальные ученые многих поколений: М. В. Ломоносов, В. И. Вернадский, А. Д. Архангельский, И. М. Губкин, Н. М. Страхов и другие. Свои "кирпичи" в стены этого прекрасного здания вложили многие геологи, химики и геохимики разных стран нескольких поколений.

Длительная история решения проблемы происхождения нефти отнюдь не была простой: она изобиловала и гениальными догадками, и крупными заблуждениями, и различными драматическими "ситуациями. Ретроспективно понятны и причины заблуждений и возникавших трудностей. Они были вызваны в первую очередь недостатком информации о распространении нефти, а затем отсутствием соответствующих методов обнаружения рассеянных углеводородов. Поэтому однозначно проблема и не могла быть решена до тех пор, пока благодаря научно-технической революции не стала поступать "лавина" качественно иной информации.

Многовековой спор о неорганическом и органическом происхождении нефти окончательно разрешен в пользу последнего, и представления об ее неорганическом происхождении являются одним из неизбежных ранних заблуждений, аналогично представлениям о "рукотворных" каналах на Марсе, о жизни на Луне и др.

Создание фундаментальной теории происхождения нефти и природных горючих газов имеет огромное значение для практики поисков этих ископаемых. Она открывает широкие возможности для повышения эффективности нефтегазопоисковых работ, так как создает базу для научного прогнозирования перспектив нефтегазоносное™ территорий и акваторий.

Результаты исследований по образованию месторождений нефти в природных условиях могут оказывать существенную помощь при разработке методов повышения нефтеотдачи пластов,

На основе теории осадочно-миграционного происхождения нефти и углеводородных газов двадцать лет назад были сделаны прогнозы о перспективах нефтегазоносно-сти Северного, Черного, Азовского, Охотского, Яванского, Средиземного и других морей, Камбейского, Гвинейского, Кука и некоторых других заливов, Бассова, Мака-сарского, Малаккского и некоторых других проливов, а также прибрежных частей Атлантического, Тихого и Северного Ледовитого океанов. Все эти прогнозы блестяще подтвердились.

В настоящее время на базе этой теории прогнозируются перспективы нефтегазоносности континентального склона, континентального подножья, океанических поднятий и глубоководных желобов.

Становится очевидным, что образование нефти и природных горючих газов в земной коре - это одна из "точек соприкосновения" циклов круговоротов углерода и водорода в масштабе Вселенной.

Таким образом, решение проблемы происхождения нефти и углеводородных газов позволяет не только определять все потенциальные ресурсы нефти и газа в земной коре и повышать эффективность их поисков, но и оценивать возможность обнаружения различных углеводородов в космосе. Торжество теории осадочно-миграционного происхождения нефти и газа - еще одно яркое доказательство безграничности человеческого познания.

litresp.ru