Разное об интересном, интересное о разном

Биогенная нефть

Архив программы Александра Гордона

13.02.2003 (хр.00:50:13)

Если внимательно рассмотреть все точки зрения на родословную нефти, то окажется, что их можно разбить на две основные группы. В первой — гипотезы органического происхождения нефти, согласно которой нефть образовалась из остатков животных и растений, во второй — минерального (абиогенного), отстаивающей точку зрения синтеза нефти в природе из неорганических соединений. Почему нефть по-прежнему остаётся загадкой для науки? Почему ни одна гипотеза нас не устраивает? О биогенном происхождении нефти — академики РАН Анатолий Дмитриевский и Алексей Конторович.

Участники:

Дмитриевский Анатолий Николаевич — академик РАН, доктор геолого-минералогических наук, директор Института проблем нефти и газа. Сфера научных интересов: геология и литология, геология нефти, проблемы извлечения нефти, моделирование процессов и механизма формирования месторождений нефти и газа: новые подходы. Стоит на позиции преодоления кажущихся противоречий двух точек зрения.

Конторович Алексей Эмильевич — академик РАН, доктор геолого-минералогических наук, директор Института геологии нефти и газа СО РАН. Сфера научных интересов: геология и геохимия нефти и газа, геология горных полезных ископаемых. Представляет биогенную гипотезу образования нефти.

Обзор темы

Совершенствование знаний о геологическом строении Земли, о ее эволюции естественным образом отражается на развитии идей, связанных с теорией происхождения тех или иных полезных ископаемых. Это относится и к нефти. На протяжении десятилетий в науке сохраняется парадоксальная ситуация: наличие и противостояние двух концепций происхождения нефти — биогенного и абиогенного. Следует отметить, что теория осадочного происхождения достаточно аргументировано отражает весь практический и эмпирический материал по данной проблеме и считается основной, на которую опирается практическая нефтегазовая геология и по которой сделаны важнейшие обобщения. Например, близость состава и строения нефтей всего мира, их единая внутренняя организация и элементный состав. Очевидно, что живое вещество и нефть объединяют две особенности: первая — неразрывная связь между эволюцией и распространением живого вещества в геологической истории Земли и процессом нефтеобразования; вторая — поддержание интенсивного обмена вещества и энергии с окружающей средой. Но по уровню термодинамического потенциала нефть занимает особое положение в природе, и в земной коре более не существует подобного исходного вещества. Это — главный аргумент абиогенной гипотезы. Кроме того, генерации углеводородов из органического вещества при низких температурах маловероятны.

Какие доводы приводят в защиту своих точек зрения сторонники одной и другой гипотез?

По-началу, в XIX и начале ХХ веков, споры, в основном, сводились к вопросу, что послужило исходным материалом, сырьем для образования нефти: остатки растений или животных. В пользу биологического происхождения нефти говорили результаты первых опытов некоторых известных химиков. Немецкие ученые Г. Гефер и К.Энглер в 1888 году поставили опыты по перегонке рыбьего жира при температуре 400°С и давлении порядка 1 МПа. Им удалось получить и предельные углеводороды, и парафин, и смазочные масла, в состав которых входили алкены, нафтены и арены.

В 1919 году, академик Н. Д. Зелинский провел похожий опыт, но исходным материалом послужил органический ил растительного происхождения — сапропель из озера Балхаш. При его переработке удалось получить бензин, керосин, тяжелые масла, а также метан. Экспериментальным путем была, казалось бы, доказана теория органического происхождения нефти.

Сущность биогенной концепции происхождения нефти состоит в следующем. Все горючие углеродистые ископаемые (нефть, газ, асфальты, уголь, горючие сланцы) — признаются генетически родственными образованиями. Они возникли из отмерших остатков живых организмов, обитавших на Земле в прошлые геологические эпохи. Исходным веществом для образования нефти и газа были продукты распада биогенного материала, рассеянные в донных отложениях морей и других водоемов. Древняя биосфера почти нацело состояла из бактерий — высокопродуктивных организмов, ставших начальным звеном всего живого на Земле, бактериальная сфера и сейчас продолжает играть особенную роль геологических процессах (Б. А. Соколов). В процессе литогенеза — преобразования донных отложений в осадочные горные породы — происходили биохимические и химические превращения находящегося в них органического вещества в высококонденсированные макромолекулы — кероген. Дальнейшее созревание керогена сопровождалось постепенным отделением от него углеводородных компонентов — «микронефти». Этот процесс был длительным и многостадийным, продолжался десятки и сотни миллионов лет. Микронефть эмигрировала из материнской горной породы в проницаемые пласты. Перемещаясь по таким пластам, углеводороды попадали в природные резервуары — пласты-коллекторы, ограниченные слабо проницаемыми породами, — и образовывали в них скопления. Согласно современным воззрениям, состав и количество исходного органического вещества, а также состав материнской горной породы принципиального значения для нефтеобразования не имеют. Необходимы лишь условия для созревания керогена. Главная черта процесса нефтеобразования — его повсюдность, универсальность в осадочных бассейнах. То есть нефть — детище литогенеза.

Биогенной теории придерживались многие серьезные отечественные и зарубежные ученые. Академик В. И. Вернадский, основоположник современной геохимии нефти, еще в начале века писал: «Организмы, несомненно, являются исходным веществом нефтей».

Академик И. М. Губкин в своей книге «Учение о нефти» в 1932 году обстоятельно и полно подвел итог тогдашней истории нефтяного и газового дела. В качестве исходного вещества для образования нефти Губкин рассматривал сапропель — битуминозный ил растительно-животного происхождения. По мере погружения пласта, обогащенного органическими остатками, под воздействием последующего наноса и тектонических перемещений в глубину, в нем возрастают температуры и давления. Эти процессы, которые впоследствии получили название катагенеза, и приводят в конце концов к преобразованию органики в нефть. Взгляды Губкина на образование нефти лежат в основе современной гипотезы ее органического происхождения.

Биогенная концепция происхождения нефти так объясняет основные особенности распространения и состава нефти:

более 99 % месторождений нефти и газа сосредоточено в осадочных горных породах, то есть в породах, образовавшихся из донных отложений древних водных бассейнов, в которых развивалась жизнь;

осадочные породы (глины, песчаники, известняки и др.) характеризуются широким распространением дисперсных битуминозных веществ («диффузно-рассеянной нефти»), близких по составу к обычной нефти. Общее количество рассеянной нефти в осадочной оболочке Земли намного превышает общее количество нефти в месторождениях;

в нефтегазоносных регионах залежи нефти и газа стратифицированы, то есть в каждом регионе приурочены в основном к пластам горных пород определенного возраста;

химический состав нефти в месторождениях и состав рассеянной нефти в горных породах имеют много сходных черт с составом живого вещества: в них присутствуют биомолекулы или их фрагменты (изопреноиды, порфирины и др.), часть которых обусловливает оптическую активность нефти, присущую живому.

Биогенная концепция происхождения нефти все еще не представляет собой единую законченную теорию, как, впрочем, и абиогенная. В ее рамках до сих пор остаются дискуссионными принципиальные вопросы: стадии литогенеза, с которыми связано, в основном, нефтеобразование; источники энергии для синтеза нефтяных углеводородов из керогена; механизм собирания рассеянных углеводородов в скопления; формы и энергия миграции нефти в горных породах; происхождение типов нефтей и другие. На все эти вопросы биогенная концепция пока не дает однозначных ответов: большинство решений имеют альтернативы.

Значительная часть сторонников биогенной концепции разделяет осадочно-миграционную теорию. Согласно этой теории, главный фактор нефтеобразования — тепловая деструкция созревшего керогена при достижении породами в процессе погружения зоны температур П0±45°С на глубинах от 1,5 до 7,5 км.

Другие исследователи считают эти положения неприемлемыми, отводя главное место в нефтеобразовании биохимическим процессам, происходящим на самых ранних стадиях литогенеза в определенных благоприятных условиях морских донных осадков.

Третья группа исследователей исходит из того, что превращение многих биогенных соединений, характеризующихся низкими величинами свободной энергии (жирные кислоты, аминокислоты, спирты, сахара и т. д. ), в углеводороды — соединения с относительно высоким уровнем свободной энергии, часто оказывается термодинамически запрещенным в условиях осадочной толщи. Источником энергии для нефтеобразования они считают не столько теплоту, сколько упругие деформации горных пород под воздействием сейсмических процессов, в результате этого повышается поверхностная энергия зерен минералов, за счет чего могут происходить процессы синтеза углеводородов.

Среди современных гипотез нефтеобразования, развиваемых в рамках биогенной концепции, все чаще появляются разнообразные представления, признающие необходимость учитывать большую роль вещества и энергии глубоких зон Земли. К наиболее давним из таких представлений относятся гипотезы гидрогенизации биогенного вещества осадочных пород глубинным водородом. Развивалась гипотеза очагов-реакторов, образующихся в зонах глубинных разломов среди осадочных пород или ниже их в связи с подъемом из глубин высокотемпературного вещества, активизирующего процессы нефтеобразования. Близка к этим представлениям общая теория нефтегазоносности, создаваемая на базе биогенной концепции. Согласно этой теории, потоки глубинных флюидов (в литосферу Земли выбрасывается огромное количество газовых флюидов, в составе которых преобладают Н, Н2Не, СН4, СО2, преобладающими газами во флюидных потоках являются протий и молекулярный водород) активизируют процесс нефтегазообразования в осадочных породах и извлекают из них углеводороды, участвуя тем самым в формировании месторождений. На современном этапе Земля представлена продуктами распада вещества, составляющими центральную часть ядра планеты. Процессы распада и дезинтеграции этого «дозвездного» вещества протекают вследствие ядерно-молекулярной диссоциации ядра планеты с образованием различных химических элементов и их соединений. Интегральная величина разгрузки последнего из различных структурных зон Земли составляет 6,084x1012 г в год. Такой интенсивный поток не может проистекать, не реагируя с углеводородом, находящимся в осадочной оболочке Земли, а также кислородом и другими элементами. Поэтому именно глубинные потоки водорода и углерода создают постоянно обновляющуюся гидро- и углеводородную сферу в земной коре.

Следует упомянуть гипотезу субдукции, согласно которой морские осадки, содержащие биогенное органическое вещество, затягиваются по крупному разлому под литосферную плиту в зону мантии Земли. Из этого органического вещества в высокотермальной области синтезируются углеводороды, которые поднимаются затем вверх и образуют месторождения. В результате затягивания органических веществ в мантию, их последующей переработки и выброса образовавшихся углеводородов геотермальными водами в верхние слои земной коры их обнаруживают в вулканических газах во время извержений. Такая теория, учитывающая глобальную тектонику плит земной коры, оказалась весьма продуктивной и с практической точки зрения. В США, к примеру, в последние годы начали бурить в так называемых поднаддвиговых зонах Скалистых гор. И здесь были обнаружены как нефтяные, так и газовые месторождения. А ведь по старым, классическим меркам их здесь быть не должно.

По другим представлениям, процесс биогенного нефтеобразования продолжался также и в зоне метаморфизма, то есть глубокого химического и физического изменения горных пород в области высоких температур, давлений и интенсивных деформаций горных пород.

Разноречивость представлений о процессах образования нефти из остатков отмерших организмов тем не менее не мешает сторонникам биогенной концепции считать ее в принципе правильной. Все разногласия объясняются сложностью самой проблемы и многообразием нефтеобразовательных процессов.

Таким образом, основной вопрос биогенной концепции нефтеобразования — это вопрос об источнике исходного органического вещества. Признание, что нефтеобразующие химические элементы проходили в своей истории биологическую стадию и были первоначально рассеяны в осадочных породах, объединяет разнообразные гипотезы и теории в рамках биогенной концепции.

Согласно биогенной теории нефть и углеводороды в земной коре образуются из органических веществ (OB) — керогена и битумоидов, — которые являются зародышами процесса нефтеобразования под воздействием потоков протия и водорода. Катализаторами процесса выступают вмещающие породы (в основном глины и некоторые металлы типа Ni, Pt). Другими словами, нефть и углеводороды возникают в осадочной оболочке Земли в процессе геогидрокрекинга, а основная реакция образующего их процесса — протонирование; для геологических масштабов — это геопротонирование органического вещества и нефтематеринских пород. Указанные реакции происходят как в равновесных, так и неравновесных условиях в процессе самоорганизации вещества. Процесс этот протекает в нелинейных условиях на основе перехода беспорядок-порядок вследствие потери устойчивости, ибо поток переносимой флюидами энергии, диффузные потоки массопереноса, пластовое давление, температура, объемы резервуаров имеют переменные значения. Данные параметры тесно связаны с региональной геотектоникой, скоростью осадконакопления, фракциями и геологическим временем.

Основной вывод, вытекающий из органической теории происхождения нефти и углеводородного газа, заключается в том, что их поиски следует производить в осадочных породах.

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

15 октября 1876 года, на заседании Русского химического общества выступил с обстоятельным докладом Д. И. Менделеев. Он изложил свою гипотезу образования нефти. Ученый считал, что во время горообразовательных процессов по трещинам-разломам, рассекающим земную кору, вглубь поступает вода. Просачиваясь в недра, вода в конце концов встречается с карбидами железа, под воздействием окружающих температур и давления вступает с ними в реакцию, в результате которой образуются оксиды железа и углеводороды, например этан. Полученные вещества по тем же разломам поднимаются в верхние слои земной коры и насыщают пористые породы. Так образуются газовые и нефтяные месторождения. В своих рассуждениях Менделеев ссылался на опыты по получению водорода и ненасыщенных углеводородов путем воздействия серной кислоты на чугун, содержащий достаточное количество углерода.

Сторонники неорганического (глубинного) генезиса нефти и природного газа, считают их продуктами дегазации глубоких недр Земли, ее подкоровых слоев. Происхождение бактериальной жизни они считают следствием.

В 1889?1913 гг. В. Д. Соколов опубликовал «космическую» гипотезу неорганического происхождения нефти, в которой использован еще один аргумент. Обратив внимание на присутствие углеводородных газов и атомов углерода в хвостах комет и широкое распространение водорода в космосе, он пришел к выводу, что в своей основе углеводороды происходят от тех соединений, конденсация которых имела место уже во время образования Земли. Современная модель образования мантии Земли путем аккреции вещества, на 40% состоявшего из углеродистых хондритов, позволяет делать такие же выводы о генезисе углеводородов.

Да, идеи Менделеева поначалу не имели успеха у геологов, которые считали, что опыты, проведенные в, лаборатории, значительно отличаются от процессов, происходящих в природе. Однако неожиданно карбидная или, как ее еще называют, абиогенная теория о происхождении нефти получила новые доказательства — от астрофизиков. Исследования спектров небесных тел показали, что в атмосфере Юпитера и других больших планет, а также в газовых оболочках комет встречаются соединения углерода с водородом. Ну, а раз углеводороды широко распространены в космосе, можно предполагать, что в природе все же идут и процессы синтеза органических веществ из неорганики. Но ведь именно на этом предположении и построена теория Менделеева.

К тому же, из высказываний Н. Д. Зелинского видно, что и многие химики в первой трети XX в. симпатизировали идеям Д. И. Менделеева. Неорганическая теория в это время нашла отражение в работах американского геолога Ю. Коста, указавшего на эманационное (сольфатарное) происхождение нефти. В Советском Союзе близкие идеи развивались на основании анализа грязевулканической деятельности. Предположения о гибридном происхождении нефти, как продукта химического взаимодействия между глубинным водородом или метаном и биогенным веществом, также были высказаны в ряде работ.

Итак, на сегодняшний день налицо две точки зрения на природу происхождения нефти. Одна — биогенная. Согласно ей, нефть образовалась из остатков животных или растений. Вторая теория — абиогенная. Подробно разработал ее Д. И. Менделеев, предположивший, что нефть в природе может синтезироваться из неорганических соединений.

На рубеже первой и второй половины нашего столетия, а особенно в 1970 — 1980-е гг. , поисковое бурение в массовом масштабе достигло самых низов толщи осадочных пород и местами углубилось в складчатый кристаллический фундамент осадочных бассейнов. Много месторождений было открыто на больших глубинах — 4 — 5 км и более, в том числе в кристаллических породах. Геологические и геохимические исследования показали, что углеводороды возникают не только при нефтеобразовании, но и при рудообразовании. Фундаментальные положения органической теории оказались тесными для понимания новых фактов.

С вовлечением в разведку новых территорий и пластов горных пород все более расширялся круг возможных нефтематеринских свит, то есть слоистых комплексов осадочных отложений. В итоге органическая теория вообще отказалась от каких-либо критериев выделения нефтематеринских свит: ни тип горной породы, ни количество или состав содержащегося в ней органического вещества, ни условия образования отложений уже не стали иметь принципиального значения. Понятие о специфических нефтематеринских слоях стало заменяться понятием о «главной фазе нефтеобразования», то есть об определенном температурном интервале, который должны пройти при своем погружении слои любых осадочных горных пород (песков, песчаников, глин, известняков и других), чтобы в них начался массовый процесс образования и отделения от минеральной части породы углеводородных молекул. Однако и эта гипотеза не смогла объяснить всех случаев нахождения нефти: месторождения нефти были открыты на таких глубинах, где температура выше той, которая соответствует «главной фазе нефтеобразования», а также в бассейнах, где в осадочных породах не достигалась температура, необходимая для реализации «главной фазы». Непонятным оставалось — почему за пределами нефтеносных районов осадочные породы, содержащие органическое вещество и подвергавшиеся таким же воздействиям температуры и давления, не породили сколько-нибудь значительных количеств нефти.

Для любого варианта органической теории необходима большая длительность (десятки и сотни миллионов лет) образования углеводородов в материнских слоях и скоплений нефти и газа в пористых породах-коллекторах. Это положение также не согласуется с результатами изучения возраста месторождений, проведенного самими сторонниками органической теории. Например, ими признано, что временной диапазон, необходимый для полного разрушения залежей углеводородов (как за счет вертикальной миграции, так и за счет процессов диффузии, окисления и т. п. ), не выходит за возрастные пределы, измеряемые десятками тысяч лет. Миграция углеводородов установлена даже через наиболее высококачественную покрышку, а разрушение залежей начинается с момента их формирования.

В настоящее время находит широкое признание связь месторождений нефти и газа с наиболее проницаемыми зонами земной коры — глубинными разломами и рифтами. Это области, где толщи осадочных горных пород, содержащие пористые и проницаемые пласты, могут подвергаться воздействию флюидов и газов, которые поступают из верхней мантии Земли, то есть из подкоровых слоев.

Формирование глубинных очагов нефтегазообразования и субвертикальных потоков вещества и энергии отражается в особенностях геофизических полей, фиксируемых на поверхности Земли: гравитационного, магнитного, сейсмоволнового, электрического, температурного. Некоторые геофизические признаки региональной нефтегазоносности, установленные, исходя из глубинной концепции нефтегазо-образования, обобщены в ряде работ сторонников абиогенной концепции.

Идеи о субвертикальных потоках вещества и энергии, об ореолах вторжения и рассеяния флюидов нашли отражение в недавно разработанной методике поисков месторождений нефти и газа, основанной на изучении геофизических и геохимических аномалий, регистрируемых в пределах «трубы дегазации».

Общепризнанное нефтепоисковое значение приобрели исследования новейших (неотектонических) движений блоков земной коры. Этот критерий основан на важном следствии из неорганической теории — молодом возрасте современных нефтяных и газовых залежей. Впервые такой вывод был сделан Д. И. Менделеевым. «Эпоха происхождения нефти, -писал он, — … соответствует времени образования соседних гор», то есть времени последней горообразовательной активизации данного региона. Современное обобщение данных о времени образования нефтяных и газовых месторождений привело к выводу, согласно которому почти все известные ныне нефтяные залежи сформировались в промежуток времени от миоцена до четвертичного то есть не более 26 млн. лет назад. В некоторых регионах процесс формирования нефтяных и газовых месторождений, по-видимому, не закончился и в настоящее время. Сторонники органической теории также признают, что многие современные залежи сформировались в меловое и кайнозойское время, независимо от возраста материнских пород.

Таким образом, основные следствия из неорганической теории происхождения нефти все шире используются геологами в практической работе, независимо от того, каких воззрений на генезис нефти они сами придерживаются.

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

Академик А. Н. Дмитриевский основное внимание сосредоточил не на выяснении, что первично, нефть, генерированная в недрах нашей планеты, а потом биологическая жизнь, или, напротив, бактериальная сфера первых миллиардов лет существования Земли, впоследствии породившая залежи нефти и газа. Учитывая противоречия, присущие как биогенной, так и абиогенной теориям происхождения нефти и моделированию процессов и механизма формирования месторождений нефти и газа, свои исследования Дмитриевский направил на выяснение механизмов нефтегазообразования, плодотворно сотрудничая с представителями обеих школ. Изложим кратко его точку зрения полигенности происхождения нефти и газа.

А. Н. Дмитриевский считает, что для объяснения генезиса нефтяных месторождений важно привлечь геодинамику, науку, вышедшую из недр геотектоники, когда стало ясно, что глобальные процессы, эволюция вещества Земли как планеты приводят к широкомасштабному вторжению глубинного вещества и энергии и их воздействию на развитие внешних оболочек Земли. Современная геодинамика, как научное направление, формировалась параллельно с созданием новой глобальной концепции тектоники литосферных плит и нередко отождествлялась с ней. Новая глобальная тектоника для многих разделов наук о Земле (петрология, рудная геология, литология и др.) играет роль одной из наиболее общих систем, в рамках которых пересматривается багаж накопленных в них данных, а также теоретических построений.

Кроме этого, и проявление геодинамических факторов в нефтяной геологии отличается значительной специфичностью. В плане частной, близповерхностной геодинамики для процессов генерации углеводородов и нефтегазонакопления важнейшее значение должно приобрести вторжение глубинных флюидов, такое же по значению, как вторжение магмы и ее дериватов для генезиса рудных приповерхностных месторождений. Однако понимание механизма генезиса глубинных флюидов, как и генезиса магм, замыкается уже на глубинную (общую) геодинамику, предметом которой является рассмотрение основных сил, процессов и механизмов, действующих внутри Земли. При этом современное понимание глубинных сил и процессов, обусловливающих движение масс вещества и энергии внутри Земли и в ее верхних твердых оболочках, увязано с рассмотрением эволюции Земли как планеты. Поэтому дальнейшее понимание природы концентрированных, локализованных широкомасштабных вторжений глубинных вещества и энергии в связи с магматизмом и вне явной связи с ним (трансмагматические флюиды, потоки глубинного водорода и углеводородов) и исследование значимости этих явлений для процессов генерации углеводородов и нефтегазонакопления — важнейшая и неотложная задача в области нефтегазовой геологии. Именно такой геодинамическии подход позволяет рассматривать процессы нефтегазообразования в рамках более широкой системы, используя при этом выработанную методологию системного анализа.

Привлечение тектоно-сейсмических процессов и механохимических реакций для объяснения механизмов нефте- и углеобразования выглядит предпочтительнее, логичнее и лучше согласующимся с тектоническим (геодинамичсским), контролем нефтяных, газовых и угольных месторождении. Но и на этом «геодинамическом» пути остаются трудности, поскольку затраты энергии на механохимические реакции при генерации углеводородов на несколько порядков превышают ее возможное выделение в приповерхностных горизонтах за счет тектоно-сейсмических процессов.

При любых взглядах на процессы генерации и аккумуляции углеводородов есть общее coгласие в одном — залежи нефти, конденсата и битумов (может быть, за единичными исключениями) вторичны. Вторичность, залежей сопровождается и проявляется в аномальности флюидов и многих литологических и геохимических особенностей вмещающих залежи пород по отношению к ее окружению — фону. Эта аномальность связана каждый раз с вторжением углеводородов из нижезалегающих горизонтов. С ростом глубины нахождения скоплений углеводородов аномальность по отношению к фону не уменьшается, a возрастает. Это проявляется и превышении температур и давлений в залежи над фоном, резком росте газонасыщенности пластовых вод и переходе к доминированию углеводородной компоненты при приближении к контуру залежи. В резервуаре и обрамлении залежей появляются некоторые типичные гидротермальные минералы, образование которых требовало температур, значительно превышающих фоновые во вмещающих залежь породах.

Отмечался высокотемпературный облик тонкодисперсного пелитоморфного полиминерального вещества, отложившегося из услеводородного флюида, мигрировавшего по новообразованным трещинам, вторичной минерализации в целом. Здесь же •зафиксированы аномально повышенные концентрации «некогерентных» сидеро-, халько- и литофильных элементов, таких, как Сг, Ti, V, Co, Ni, Zн, Ph, Ну, В. Li, U, То, РЗЭ. Отмечены и повышенные концентрации самородных элементов. Углерод карбонатов в ряде случаев аномально утяжелен. В целом аномальный облик минерализации в резервуаре и его окружении связан с вторжением высоконагретых углеводородных смесей (чаще всего в виде газоконденсата), их последующим расслоением и взаимодействием с вмещающими породами. Для резервуаров более характерной оказывается не поровая, а трещинно-поровая и трещинно-кавернозная емкость.

Для флюидных нестабильностей, связанных с проявлениями современной геодинамической активности характерно проявление периодичности, многослойной ритмики. Ритмика процессов дегазации взаимосвязана с ритмикой современных геодинамических процессов в глобальном, планетарном, масштабе, и ее проявления ощущаются в разрезе земной коры вплоть до самых приповерхностных горизонтов.

На базе геофлюидодинамики формулируются промежуточные выводы:

даже у поверхности Земли иногда в достаточно локализованной и интенсивной форме фиксируются разгрузки углеводородных флюидов глубинного облика;

по мере роста глубин нахождения в скоплениях углеводородов все с большей отчетливостью обнаруживаются свидетельства их формирования из вторгшихся вторичных углеводородных флюидов, а в окружении залежей обнаруживается все большее количество минеральных новообразований, связанных с осуществлением «горячих реакций в холодной среде», термодинамически невозможных за счет фона вметающих пород;

в сущности, на глубинах более 3–5 км многие скопления углеводородов представляют собой вторичные флюидизированные очаги, возникновение которых обусловлено активностью самих вторичных флюидов, энергетика которых связана с глубинными геодинамическими процессами;

нестабильности процессов разгрузки (дегазации) и состава их продуктов отражают не просто смешение флюидов разного состава и paзных горизонтов: они отражают быстрые, скачкообразные изменения условий возникновения и устойчивости различных компонентов углеводородных флюидов на больших глубинах;

с увеличением глубин перемещению флюидов становился все более присущ квазигармонический, импульсный характер, что является отражением нелинейного характера процессов, обусловливающих перенос флюидов. Эти нелинейные процессы переноса флюидов тесно переплетаются с современными активными геодинамическими процессами, причем для тех и других характерна единая ритмика, связанная с воздействием космических факторов;

энергетика и механизмы формирования скоплений углеводородов базируются на нелинейных процессах углеводородной дегазации, ритмика которых также обусловлена космическими факторами.

Прослеживаются очевидные аналогии в процессах формирования и закономерностях размещения скоплении и разгрузок углеводородов с другими естественными разгрузками, такими, как фумаролы, гидротермы, термальные и минеральные источники, трубки взрыва и другие вулканоиды. И для этих случаев основные особенности пространственного размещения, флюидодинамического и геохимического режимов перечисленных глубинных paзгрузок свидетельствует в пользу нелинейного характера процессов, протекающих в их очагах.

Дальнейшие разработки актуальных вопросов о возможных механизмах и глубинах генерации (становления, рождения, трансформации) восстановленных флюидов — водорода и особенно углеводородов, таким образом, оказываются увязанными с изучением нелинейных процессов разгрузки глубинной энергии.

Использование системного подхода к изучению энергетики Земли в целом показало, что для геодинамических процессов Земли характерны «квантовые энергетические слои», «квантовые переходы», «туннельные эффекты», резонансные образования типа стоячих волн, механизмы миграции флюидов в верхних оболочках Земли связаны с нелинейными процессами ее глубинных зон. При такой интерпретации подводится также база под энергетику и механизмы процессов формирования вторичных флюидизированных очагов — скоплений углеводородов (включая большие глубины).

Современный взгляд на проблему происхождения нефти и газа с позиций системного подхода позволяет сделать следующие выводы:

Геологическая среда в элементе каждого масштаба является целостной системой, эволюция которой определена законами системного движения материи.

Процессы, происходящие в сложной геологической среде, могут быть поняты с позиции состояний системного равновесия, которые обусловлены иерархической последовательностью ступеней равновесной неустойчивости материи внутри системы. Так как в окрестности равновесия происходит «нивелирование» всех процессов различных масштабов и интенсивное и при этом достаточно однородном многообразии явлений на первый план выступают системные принципы самоорганизации, которые и задают внутренние связи преобразования вещества в геологической системе.

Физико-химические процессы, которые обычно рассматриваются как основа катагенеза, с этой точки зрения играют подчиненную роль. Являются фоном, на котором развивается самоорганизация природной системы на сверхтонкой квантовой структуре вещества.

Зоны наиболее активного системообразонания в геологической среде связаны с интенсивной флюидодинамикой, так как именно в них происходит деструктуризация локальной геологической системы с выделением флюидов, а также переструктуризация геологической системы с утилизацией поступающего флюида. Таким образом, зоны аномально активного системообразования в геологической среде, в частности, проявляют себя и виде флюидизированных очагов, разновидностью которых являются месторождения углеводородов.

Особую роль А. Н. Дмитриевский отводит автоволновым процессам в образовании месторождений нефти и газа, ведь динамические процессы, происходящие в геосферных оболочках, реализуются в виде постоянного потока энергии и вещества из недр Земли. Энергетический поток в целом является функцией глубинного режима Земли и отличается большим разнообразием с точки зрения пространственной реализации, интервалов по времени и интенсивности энергетического воздействия. Формирование энергетического потока в значительной мере обусловлено взаимодействием автоволновых полей сферических оболочек Земли. Таким образом, эти процессы обеспечивают концентрацию и адресную направленность энергетического воздействия.

Постоянное энергетическое воздействие приводит к формированию упорядоченностей в открытых системах, которые И. Пригожин (1994) предложил называть диссипативными структурами. Такие структуры «могут существовать вдали от равновесия лишь за счет достаточно большого потока энергии и вещества».

Энергетическое воздействие, обусловленное автоволновым взаимодействием, приводит к нарушению равновесия в открытых геологических системах. Энергетический поток обеспечивает переход открытой равновесной системы от чисто энтропийного процесса к поглощению энергии, ее преобразованию, производству энтропии на новом уровне и диссипации энергии. Подобные процессы приводят к формированию диссипативных структур. Постоянный поток энергии переводит систему в стационарное состояние; устойчивость стационарного состояния определяется режимом и параметрами энергетического воздействия и условиями диссипации энергии; при изменении параметров энергетического потока система переходит в новое стационарное состояние.

Энергетика Земли обеспечивает возможность преобразования любой открытой геологической системы в диссипативную структуру. Энергетические возможности Земли реализуются как через фоновую долговременную установившуюся диссипацию энергии и вещества (тепловое излучение, углеводородная дегазация, газовое «дыхание» Земли и т.п.), так и в результате катастрофических, кратковременных выбросов энергии и вещества (извержения вулканов, землетрясения, прорыв магмы и т.п.). В верхних слоях литосферы в результате фоновой диссипации энергии формируются диссипативные структуры, обеспечивающие энергетическую дифференциацию литосферы. В зависимости от «пропускной способности» или «емкости» той или иной открытой геологической системы обеспечивается разная степень утилизации энергии. Одни системы могут пропускать привносимые энергию и вещество (например, зоны разломов, зоны дегазации и т.п.), другие, напротив, поглощают энергию и формируют диссипативные структуры.

При проведении геофизических работ часто отмечаются аномалии, характеризующиеся инверсиями сейсмических скоростей, изменениями электропроводности пород и другими эффектами. Подобные аномалии найдены как на платформах, так и в горно-складчатых областях. В. Н. Николаевский (1984, 1996) предложил называть эти аномальные зоны коровыми волноводами.

Коровые волноводы находятся в верхней части земной коры на глубинах 10–25 км. Волноводы являются реологически ослабленными зонами и характеризуются повышенной трещиноватостью и флюидонасыщенностью. Результаты экспериментальных исследований показывают, что одни и те же горные породы ведут себя по-разному в зависимости от давления, температуры, флюидонасыщенности. При воздействии энергии коровые волноводы переходят в когерентное состояние и реагируют на малейшие изменения энергетического уровня, это проявляется или раскрытием трещин и заполнением волновода флюидными массами, или выжиманием флюидов в большей или меньшей степени из корового волновода с перемещением их в верхние горизонты, в толщу осадочных пород.

Подобный механизм, считают А. Н. Дмитриевский и Б. М. Валяев, определил формирование гигантских скоплений углеводородов в пределах Астраханского карбонатного массива (А. Н. Дмитриевский и др., 2001). Углеводородные скопления в подобных случаях могут иметь глубинный генезис. В то же время неоднократные «промывания» осадочной толщи Прикаспийского бассейна способствуют аккумуляции в залежах микронефти и отдельных нефтяных скоплений органического происхождения.

Библиография

Баженова О. К., Бурлин Ю. К. и др. Геология и геохимия нефти и газа. М. , 2000

Вассоевич Н. Б. Геохимия органического вещества и происхождение нефти. М. , 1986

Дегазация Земли: геодинамика, геофлюиды, нефть и газ. Материалы Международной конференции памяти академика П. Н. Кропоткина 20–24 мая 2002 г. М. , 2002

Дегазация Земли и генезис углеводородных флюидов и месторождений/Сб. под ред. А. Н. Дмитриевского и Б. М. Валяева. М. , 2002

Конторович А. Э., Конторович В. А. и др. Атлас структурных и тектонических карт осадочного чехла Западно-Сибирской нефтегазоносной провинции. Новосибирск, 2001

Конторович А. Э., Башарин А. К. и др. Геология и нефтегазоносность Таримской платформы. Новосибирск, 2001

Кропоткин П. Н. Проблема происхождения нефти//Советская геология. 1955. № 47

Кудрявцев Н. А. Против органической гипотезы происхождения нефти//Нефтяное хозяйство. 1951. № 9

Кудрявцев Н. А. Генезис нефти и газа. Л. , 1973

Нефтегазоносность фундамента осадочных бассейнов: Тезисы докладов Международной конференции, 9–11 октября 2001 г. М. , 2001

Новые идеи в геологии и геохимии нефти и газа: Материалы шестой Международной конференции/Под ред. Б. А. Соколова и др. М. , 2002

Порфирьев В. Б. О природе нефти//Геологический сборник Львовского Геологического общества. 1961. № 7–8

Соколов Б. А. Пять парадоксов нефтегазовой геологии//Вестн. МГУ. Сер. Геол. 1995. № 2

Gold Т. Terrestrial sources of carbon and earthquake outgassing//Journ. of petroleum geology. 1979. V. l. № 3.

Тема № 215

Эфир 13.02.03

Хронометраж 50:13

нефть происхождение разведка