Происхождение нефти и газа

Происхождение нефти и газа

Пока не достигнуто еще полного согласия исследователей в отношении того, как образуется в природе жидкая нефть. Нефтеподобные вещества могут быть синтезированы в лабораториях как из неорганических, так и из органических веществ, но залегание нефти и газа почти исключительно в осадочных породах, которые одновременно содержат остатки древних растений и животных, является важным доказательством того, что исходный материал был органическим по своей природе. В основном предполагается, что остатки растений и животных, которые захоронились в иле, преобразуются в восстановительной среде, которая предохраняет органическое вещество от окисления. С погружением в глубину Земли температура и давление возрастают. Соответствующее время (вероятно, не менее 500 000 лет), умеренные температуры (вероятно, 35–40° С) и давления (вероятно, ок. 10 атм) ведут к преобразованию органического вещества в низкомолекулярные легкие углеводороды, обычно находящиеся в сырой нефти.

В процессе седиментации происходит накопление слоистых пород с дисперсным органическим веществом, которые имеют тенденцию к уплотнению. Одновременно формируются благоприятные для залегания нефти и газа пористые породы (известняки и песчаники).

Поры между частицами заполняются смесью нефти, газа и воды; эта смесь в процессе уплотнения выжимается и тем самым принуждается к миграции из пор пород. Породы с крупными порами, в которых собирается нефть, называются резервуарными или коллекторами.

Залежи образуются обычно в таких местах, где высокопористые пески отлагались вслед за отложением обогащенных органических веществом илов, например, в дельте Миссисипи. Здесь пески находятся в речных руслах и на морских побережьях, а между ними располагаются большие соленые марши (прибрежные болота), где в илах захороняется органический материал. Крупные нефтяные и газовые залежи Луизианы, Техаса, Персидского залива и тюменского Севера приурочены к дельтовым отложениям древних рек. Система рифов – это другой пример общей обстановки, благоприятной для образования как пород-коллекторов, так и нефтематеринских пород. В зарифовой области отлагаются известковые илы, обогащенные органическим веществом. Такие нефтяные месторождения обнаружены в провинции Альберта (Канада), западнее Флориды и в Мексике. Крупные месторождения нефти и газа в рифах открыты в Прикаспийской впадине, в Ливии, Узбекистане и многих других районах.

В современной науке общей концепции происхождения нефти и газа нет. Существуют две гипотезы их происхождения — органическая и неорганическая. Доминирующей в нефтяной геологии является органическая, сущность которой заключается в том, что нефть и газ являются продуктом разложения органических веществ, существовавших на Земле миллионы лет назад.

Что же касается процесса образования месторождений нефти и газа, то представление этого процесса у геологов одно. Это медленный процесс замещения в пласте молекул воды притекающими из вне молекулами углеводорода.

Скорее всего, все месторождения нефти и газа образовались в результате извержения углеводородов из-под фундамента земной коры, с последующим заполнением ими различных подземных резервуаров.

Эта теория доказывается следующими фактами:

1. Согласованность поднятий  земной коры в многопластовых  нефтяных месторождениях, вдоль  нормали к земной поверхности — результат фонтанного, направленного вертикально вверх, вулканического извержения углеводородов, с последующим выталкиванием ими воды из коллекторов и распределением углеводородов по плотностям [1].

Эти поднятия начинаются с фундамента, а в некоторых месторождениях выходят на поверхность, отражая структурные особенности залегания нефтенасыщенных пластов (Суторминское, Аганское, Черногорское поднятие Самотлорского месторождения и так далее). В результате согласованного поднятия в выше перечисленных месторождениях на поверхности образуются холмы.

Вулканы — это извержения углеводородов и следующей за ними магматической лавы такой силы, что они смогли достичь поверхности Земли. То, что при извержении вулканов выделяется большое количество газа известно, но где там нефть, спросите вы?

Газ, вступая в контакт с воздухом, взрывается, что обычно и происходит при вулканической активности. Ну а нефть? Нефть сгорает при извержении, выделяя чёрный, или серый, смешанный с паром попавшей в жерло вулкана воды, дым.

Вулканы, не достигшие поверхности Земли, создают месторождения нефти и газа. Эта подземная вулканическая активность видимо является причиной землетрясений.

Вертикально вверх направленное извержение создаёт эпицентр землетрясения. Современные сейсмически активные районы, и действующие вулканы, это места сбрасывания избыточного давления, создаваемого постоянно образующими под фундаментом Земной коры углеводородами.

2. Аномально низкое или  высокое давление в месторождении  возникает в зависимости от  того, произошёл прорыв части  углеводородов в верхние горизонты  и на поверхность, или нет.

Аномально низкое давление возникает в результате миграции части углеводородов по оставшимся или заново возникшим каналам.

Аномально высокое давление возникает после заполнения литологически замкнутых резервуаров — либо естественных, либо образованных в результате разлома. Разлом (разрыв) возникает под давлением извергаемых углеводородов из-за несогласованности поднятий — как следствие "нетягучести" верхних слоёв.

Хорошо известный дроссельный эффект (эффект Джоуля-Томсона), адиабатическое расширение газа и возникающеё при этом понижение температуры, могло быть причиной "мгновенного " замерзания мамонтов. Но и соответственно, расширение большого количества газа, прорвавшегося на поверхность, явилось первопричиной наступления ледникового периода.

3. Вытянутость любого нефтегазового месторождения, имеющего ВНК (водонефтяной контакт) в определённую сторону (в Западной Сибири — с юга на север, в Казахстане — с востока на запад, и так далее), — это результат растекания углеводородов и вытеснения пластовой воды по пути меньшего сопротивления — в близлежащие моря и океаны (в Северный ледовитый океан и в Каспийское море).

Одним из следствий вытеснения явился "Всемирный потоп", и именно такое происхождение всемирного наводнения описано в Библии.

Исчезновение Аральского моря, и начавшее обмеление озера Балхаш, может быть связано с разработкой расположенных рядом месторождений углеводородов. Количество отобранной нефти равно количеству исчезающей воды.

4. Вьетнамские месторождения "Белый тигр", "Дракон" и  другие, залегающие в породах  фундамента — результат углеводородных извержений и заполнение углеводородами пустот породы, из которой состоит фундамент.

Для объяснения факта существования нефти в породах фундамента, сторонниками органического происхождения нефти и газа была выдвинута гипотеза, что при большом пластовом давлении миграция нефти может происходить вниз.

Думаю, что заполнение пустот породы углеводородами из-под фундамента, более логично и не требует привлечения высшей математики.

5. Шельфовые месторождения  морей и океанов тоже образованы  в результате углеводородных  извержений. Месторождения шельфов, как известно, слабо объясняются  гипотезой органического происхождения  нефти и газа. Вышеизложенная  теория допускает возможность  существования месторождений практически  под любой площадью земной  и морской поверхности.

6. Каменный уголь образован  вследствие окаменения битума, оставшегося  после выделения лёгких фракций  углеводородов из нефти изверженной  на поверхность.

Самым главным доводом органического происхождения угля являлись отпечатки растений и сами растения, исчезнувшие много миллионов лет назад. Они поэтому и остались, что были залиты нефтью и законсервированы.

Бурый уголь – это может быть единственный остаток от органики растений живших много лет назад, в значительной мере перемешанный с нефтью и другими породами (песок, глина и тому подобное).

Аттабассовское месторождение битумов в Канаде, разрабатываемое карьерным способом, является примером недосформировавшегося угольного бассейна.

7. Повышенная температура  в нефтяных и газовых месторождениях [4] по сравнению с региональным  фоном объясняется тем, что приток  углеводородов в пласты происходил  практически мгновенно. Более горячие, поступающие снизу углеводороды, не успевали охлаждаться.

8. Тёмный цвет базальта, современного строительного материала  для нижних слоёв Земной коры, обусловлен смешиванием мантийного  вещества с чёрными углеводородами (нефтью), которые в свою очередь  накапливаются в верхних слоях  астеносферы (в верхнем слое мантии).

Доказательством существования углеводородов под фундаментом может служить слой Гутенберга, верхний слой астеносферы, отличающийся пониженной скоростью распространения сейсмических волн. Если допустить, что этот слой в основном состоит из накапливающегося под фундаментом земной коры газа, то закономерно понижение скорости распространения сейсмических волн в этом слое.

 

Концепции неорганического происхождения нефти.

Идея возможности неорганического происхождения нефти была выдвинута в XIX веке замечательным естествоиспытателем А.Гумбольтом. Позднее популярность неорганической теории была связана с авторитетом Д.И.Менделеева и с привлекательностью космических идей В.Д.Соколова. Позднее концепции неорганического происхождения развивались петербургским геологом Н.А.Кудрявцевым, киевским исследователем Б.Н.Кропоткиным, а также зарубежными учеными – К.Мак-Дерматом, Ф.Хойлем и др.

В нашей стране наиболее широкую известность получила теория, сформулированная Д.И.Менделеевым, доложенная им в 1876 году в Русском химическом обществе. По его мнению, вода, проникая по разломам в глубинные недра Земли, вступает во взаимодействие с карбидами металлов. Образовавшиеся при этом взаимодействии углеводородные пары по тем же разломам поднимаются в верхние части земной коры, где конденсируются, образуя скопления нефти.

В 1889 году в Московском обществе испытателей природы В.Д.Соколов доложил свою концепцию неорганического происхождения нефти. Это было время увлечения теорией космизма, начинал работать К.Э.Циолковский. Идеи единства вещественного состава Солнечной системы, естественных связей земного и небесного носились в воздухе. Сущность же теории сводилась к следующему:

Углеводороды возникают в космических телах на ранних стадиях их развития из углерода и водорода, количество которых во всех космических телах, в том числе и в Земле огромны.

Возникшие таким образом углеводороды на Земле поглощаются расплавленной магмой.

При остывании магмы и кристаллизации магматических горных пород, углеводороды отделяются от нее, и мигрируют по трещинам и разломам.

Попадая в верхние части литосферы, и конденсируясь, углеводороды дают основной материал для образования различных битумов.

В настоящее время имеется много различных моделей неорганического происхождения нефти. Они основываются на следующих фактах.

Многочисленные месторождения приурочены к зонам разломов.

Встречаются месторождения в магматических и метаморфических горных породах.

Углеводороды встречаются в веществе, извергающемся из вулканов, в ультраосновных породах (кимберлитах) алмазоносных трубках взрыва, в метеоритах и хвостах комет, атмосфере планет и в рассеянном космическом веществе.

Схематически неорганическая теория в современной интерпретации выглядит следующим образом. Источником углеводородов является вода и углекислый газ, которых в мантии содержится в 1 куб. м 180 кг и 15 кг соответственно (по данным Е.К.Мархинина). В присутствии закисных соединений металлов (главным образом закиси железа) образуются углеводороды. Высокие давления недр Земли подавляют термическую деструкцию сложных молекул углеводородов. По расчетам Э.Б.Чекалюка оптимальные глубины для синтеза, полимеризации и циклизации углеводородов из воды и углекислого газа составляют 100-200 км.

На эти аргументы можно возразить следующее:

Не все месторождения приурочены к зонам разломов.

В магматические и метаморфические горные породы углеводороды могли попасть из осадочных пород в результате миграции.

Углеводороды космоса и магматических проявлений существуют в единичных молекулах и совершенно незначительных примесях. Никто не спорит, что углеводороды образуются химическим путем. Однако крупные скопления таким образом сформироваться не могут.

Важным достоинством концепций неорганического происхождения нефти является ее оптимистичность. Количество воды и углекислого газа в мантии по человеческим меркам неисчерпаемо и это дает нам надежду на то, что ресурсы нефти и газа на Земле значительно больше разведанных сегодня, и продолжают пополняться, то есть теоретически безграничны.

Концепции органического происхождения нефти

Соображения об органическом происхождении нефти были сделаны в 1759 году М.В.Ломоносовым в работе «О слоях земных». Он полагал, что нефть образовалась из каменного угля под воздействием высоких температур. «…Выгоняется подземным жаром из приуготовляющихся каменных углей оная бурая и черная масляная материя и вступает в разные рассолы…». Первые эксперименты получения нефтеподобных продуктов из органического вещества животного происхождения были проделаны немецким химиком Г.Гефером, который нагревал животные жиры при повышенном давлении до температуры 320-4000.