5.Литогенез и образование нефти и газа
Цель изучения – получить знания об этапах и стадиях преобразования органического вещества при литогенезе осадков и горных пород, в результате чего оно приобретает способность генерировать нефть и газ.
Задачи – изучить:
геохимические условия и процессы, седиментации и диагенеза ОВ;
энергетические источники преобразования первичного ОВ в диагенезе;
компонентный состав и типы исходного и преобразованного ОВ;
зависимость типа преобразованного ОВ от условий седиментации и диагенеза исходного ОВ;
термобарические условия и факторы катагенеза ОВ
вертикальную термобарическую зональность (стадийность) катагенеза ОВ и образования нефти и газа;
термобарические условия главной зоны нефтеобразования и главной зоны газообразования;
шкалу катагенеза ОВ.
Согласно органической теории процесс нефте- и газообразования развивается периодично, стадийно, длительно и непрерывно, имеет региональный характер и прямо связан с тектогенезом и литогенезом.
Формирование месторождений происходит в течение двух следующих этапов: нефтегазообразования и нефтегазонакопления.
Этап нефтегазообразования изучается в основном геохимией нефти и газа и разделяется на следующие три стадии: седиментогенеза ОВ, диагенеза ОВ и катагенеза ОВ. Геохимия нефти и газа – это в основном геохимия углерода, поскольку главным химическим элементом нефтей и природных горючих газов и кустобиолитов в целом является углерод. В то же время углерод является главным биогенным элементом, или основой живого вещества и ОВ осадочных пород. Кроме того, углерод в больших количествах, как в окисленных (СО, СО2), так и в восстановленных (СН4 и др.) формах поступает в осадочную оболочку и биосферу из мантии Земли. Поэтому для понимания сложного и до конца не изученного процесса нефте- и газообразования необходимо рассмотреть общие черты геохимии углерода.
5.1 Круговорот углерода в природе, его энергетические источники и значение для образования нефти и газа
Вместе с другими элементами и веществами углерод участвует в круговороте - повторяющихся процессах перемещения и превращения на Земле, которые имеют циклический характер. Огромные миграционные потоки углерода охватывают на нисходящей и восходящей ветви круговорота все сферы Земли от атмосферы до верхней мантии и обратно. Часть соединений углерода выходит из круговорота и при определённых условиях образует скопления, нефти, газа и твердых горючих ископаемых. Согласно органической теории происхождения нефти и газа образование УВ происходит на седиментационном цикле нисходящей ветви круговорота углерода. Образуются они за счет ОВ, формирующегося на биогенном цикле. Согласно неорганическим концепциям нефть и углеводородные газы, наоборот образуются на восходящей ветви круговорота.
В связи с этим вопрос круговорота углерода имеет большое значение для понимания процессов образования нефти и газа.
Главными движущими силами миграции углерода является геохимическая деятельность живого вещества в биосфере и глубинная геотектоническая (геодинамическая) активность Земли.
В круговороте углерода выделяются следующие циклы: биогенный, седиментационный, метаморфический, магматический и денудационный.
Биогенный или жизненный цикл протекает в биосфере (рис. 9). Движение углерода в ней происходит в основном в окисленной форме в виде углекислого газа посредством фотосинтеза. В результате углерод биосферы расходуется на образование биологической продукции, представленной ОВ. Другая часть углекислого газа поглощается гидросферой и идет на образование карбонатов.
В биосферу поступает большое количество метана из зоны катагенеза осадочных пород и более глубоких зон литосферы. Образуется метан и в биосфере при разложении ОВ. Однако он быстро окисляется, пополняя запасы углекислого газа: СН4 + 2О2 = СО2 + 2Н2О
Седиментационный цикл. Часть биологической продукции биосферы поступает в осадочные бассейны (ОБ), где фоссилизируется, минерализуется и идет на образование карбонатных пород. Под фоссилизацией понимаются все диагенетические процессы, ведущие к преобразованию и сохранению ОВ в осадке.
Рисунок – 9. Круговорот углерода в биосфере Земли
(по Г.В. Войткевичу, В.А. Вронскому, 1996)
Таким образом, в результате седиментогенеза ОВ преобразуется и выходит из биогенного цикла в органической и неорганической форме. Органическая форма представлена в осадках и осадочных породах рассеянным и концентрированным ОВ, а неорганическая форма - карбонатами. Концентрированные формы ОВ – это залежи каустобиолитов, как угольного, так и битумного генетического ряда.
В областях восходящих тектонических движений карбонаты и преобразованное ОВ поступают в зону гипергенеза, а в областях нисходящих движений – в зону регионального метаморфизма.
Денудационный цикл. В зоне гипергенеза при денудационных процессах ОВ окисляется, а карбонаты растворяются. В обоих случаях продуктом превращения является углекислый газ, который поступает в биосферу.
Метаморфический цикл. В этом цикле ОВ превращается в углекислый газ и графит. Карбонатные породы под действием высоких температур разлагаются с образованием углекислого газа: СаСО3t → СаО + СО2. Из очагов метаморфизма углекислый газ вновь попадает в биосферу. Часть карбонатов и ОВ в зонах субдукции поступает в мантию Земли.
Магматический цикл. Углерод, прошедший предыдущие циклы круговорота, испытывает в мантии различные превращения и в виде «газового дыхания» недр вновь возвращается в земную кору и биосферу. Восходящий глубинный поток углерода представлен окисью углерода, углекислым газом, метаном и его гомологами, спиртами. Определенная часть этих компонентов имеет глубинное ювенильное происхождение.