Вопросы (и ответы) по курсу лекций «Геология и геохимия нефти и газа»

1 Предмет и задачи геохимии нефти и газа.

Геохимия — наука, которая, используя законы химии, объясняет течение геологических процессов. В геохимии существует два основных направления: геохимия углерода, или органическая геохимия и геохимия остальных элементов, которую часто называют геохимией рудных элементов.

В свою очередь, органическая геохимия включает в себя геохимию нефти, газа, торфа и угля.

Важнейшие задачи органической геохимии нефти и газа:

• Выявления факторов накопления органического вещества (ОВ) в породах и механизма его преобразования в нефть и газ;

• Изучение закономерностей формирования, разрушения и распределения залежей нефти и газа в осадочных толщах;

• Исследование влияния различных факторов на образование нефтей различного состава и их количество.

2 Гипотезы образования Земли и зарождения жизни.

Возраст Земли 4.6 млрд. лет.

После своего образования из газово - пылевидного облака в первый миллиард лет своего существования (абиогенный этап) Земля за счёт кинетической энергии падающих твердых частиц и радиоактивного распада элементов разогрелась от космического холода до боле 1000 С и представляла собой расплавленную магму.

Состав атмосферы: Н₂, NH₄, N₂, НСN, CH₄. В первичной атмосфере Земли кислорода не было.

За счет вулканической деятельности, в атмосфере появились водяные пары и углекислый газ. Водород, как самый легкий газ, со временем рассеялся в космическое пространство.

Биогенный этап развития Земли начался с образованием кислорода в атмосфере в результате фотосинтеза (3.2-3.4 млрд лет назад). Современное содержание кислорода в атмосфере (21%) было достигнуто 80 млн. лет назад.

Прокариоты — 3.3 млрд. лет назад

эукариоты — 1.5 млрд. лет назад

разнополые организмы — 0.8 млрд. лет назад

S₃-D₁ — первые примитивные растения на суше.

Существует несколько гипотез происхождения жизни.

теория Панспермии

Согласно теории панспермии, предложенной в 1865 году немецким ученым Г. Рихтером и окончательно сформулированной шведским ученым Аррениусом в 1895 году, жизнь могла быть занесена на Землю из космоса в виде простейших организмов внеземного происхождения с метеоритами и космической пылью. Это предположение нашло своё подтверждение сегодня, когда была экспериментально доказана высокая устойчивость некоторых организмов и их спор к радиации, глубокому вакууму, низким температурам и другим воздействиям.

Теория акад. А.И Опарина (1922 год)

Согласно этой теории жизнь зародилась в среде простейших органических соединений («бульоне»), образовавшихся в результате воздействия радиации и грозовых разрядов на компоненты первичной атмосферы. Многократно экспериментально было доказано, что в результате электрических разрядов в газовой среде, имитирующей первичную атмосферу Земли, образуются сложные органические соединения (углеводороды, кислоты, углеводы и др).

3 Изотопия углерода, серы, водорода.

Изото́пы углеро́да — разновидности атомов углерода, имеющие разное содержание нейтронов в ядре. В природе существуют три изотопа углерода.

Изотоп ¹⁴C является нестабильным. Его содержание в атмосферном углероде около 10−12. Он образуется в атмосфере из атмосферного азота под действием космического излучения по следующей реакции:

И змерение радиоактивности органических веществ

растительного и животного происхождения, обусловленной

изотопом ¹⁴C, применяется в археологии для радиоуглеродного анализа возраста старинных предметов и природных образцов. В живом организме ¹⁴C находится в равновесии с окружающей средой. После гибели организма он перестаёт обмениваться углеродом со средой, и содержание ¹⁴C начинает медленно уменьшаться (его период полураспада равен 5,70±0,03 тыс. лет). Измеренная удельная активность ¹⁴C в образце может быть однозначно связана с временем, прошедшим с момента гибели организма.

Углерод имеет два стабильных изотопа — ¹²C и ¹³C. Содержание этих изотопов в природном углероде равно соответственно 98,93 % и 1,07 %. Углерод — лёгкий элемент, и его изотопы значительно различаются по массе, а значит и по физическим свойствам, поэтому при фотосинтезе происходит обогащение образующегося органического вещества легким изотопом. Степень обогащения зависит от типа организма и условий его обитания. Поэтому разные геологические объекты, содержащие органическое вещество разного происхождения и состава, имеют различное соотношение изотопов ¹³C/¹²C.

Отношение ¹³C/¹²C выражается градиентом отношения (δ) в частях на 1 000 (промилле ‰).

В качестве стандарта используется ¹³C/¹²C белемнита из формации Peedee юж. Калифорния.

Общей закономерностью является то, что углерод в восстановленной форме (метан, нефть, торф, уголь) обогащён легким изотопом (С12). Содержание изотопа ¹³С в нем ниже, чем в стандарте. Углерод в окисленной форме (углерод карбонатов) обогащён тяжелым углеродом и содержит ¹³С, примерно столько же сколько и стандарт.

Сера (S) имеет два основных стабильных изотопа -32 S (95,02%), и 34 S (4,21%). Соотношение этих стабильных изотопов в органическом веществе зависит главным образом от скорости сульфат редукции.

Водород встречается в виде трёх изотопов: ¹H — протий (Н), ²Н — дейтерий (D), ³Н — тритий (радиоактивный) (T).

Протий и дейтерий являются стабильными изотопами с массовыми числами 1 и 2. Содержание их в природе соответственно составляет 99,9885 ± 0,0070 % и 0,0115 ± 0,0070 %. Соотношение стабильных изотопов водорода также широко изменяется, как и изотопов углерода.

Соотношение стабильных изотопов углерода, водорода и серы широко используется в органической геохимии для реконструкции палеообстановок сред обитания живых организмов и условий их фоссилизации, а также при решении вопросов корреляции нефть-нефть, нефть-нефтематеринская порода.