2.4. Современные представления о происхождении нефти

Если по проблеме происхождения твердых горючих ископаемых среди ученых нет разногласий, то такого единства мнений относи­тельно нефти, как ни странно, до сих пор не достигнуто. Со времен М.В. Ломоносова (1757 г.) выдающиеся ученые мира пытаются ре­шить эту проблему, но до сегодняшнего дня нет однозначного отве­та, нет общепризнанной теории происхождения нефти. Дискуссии ведутся вокруг двух гипотез: нефть - биогенного происхождения, т.е. производная от растений и животных, и нефть - неорганическая, образовавшаяся в земных глубинах и по трещинам поднявшаяся вверх и напитавшая пористые пласты.

По мнению М.В. Ломоносова, впервые предложившего гипотезу об органическом генезисе нефти, она образовалась под воздействием «подземного огня на окаменелые уголья», в результате чего возник­ли асфальты, нефти и «каменные масла».

Основоположник гипотезы минерального происхождения нефти Д.И. Менделеев (1876 г.) утверждал, что нефть образуется на боль­ших глубинах при высокой температуре вследствие взаимодействия воды с карбидами металлов.

Различные концепции «неорганической» гипотезы (карбидная, магматическая, вулканическая, космическая, плазменная, механическая, взрывная и др.) развивали и отстаивали А. Гумбольдт, М. Бертло, С. Клоэн, Ю. Коста, Э. Штебер, В.Д. Соколов, Н.А. Куд­рявцев, В.Б. Порфирьев, И.В. Гринберг, П.Н. Кропоткин, Б.М. Валя-ев, А.А. Воробьев и др. Большой вклад в развитие «органических» идей внесли К. Энглер, Г. Гефер, Н.Д. Зелинский, В.И. Вернадский, И.М. Губкин, А.Д. Архангельский, О.Г. Сарохтин, Н.Б. Вассоевич, М.К. Каменко, В.В. Вебер, И.О. Брод, А.А. Трофимук, А.А. Бакиров, А.А. Карцев, А.Э. Канторович, Г. Крейчи-Граф, У.Коломбо, А.И. Ле-ворсен, Т. Тиссо, А. Траск и др.

За прошедшие два столетия после М.В. Ломоносова накопилось огромное количество химических, геохимических и геологических данных по проблеме происхождения нефти. В настоящее время пре­обладающая часть ученых считает наиболее обоснованными пред­ставления об органическом генезисе нефти. В пользу «органической» гипотезы неоспоримо свидетельствуют обнаруженная поразитель­ная генетическая связь между групповыми компонентами нефти,

60

твердых горючих ископаемых и исходных материнских веществ (био­логический аргумент), а также прямые эксперименты по органичес­кому синтезу нефти, подобной природной. Так, в нефтях обнаружен ряд органических соединений, являющихся как бы «биогенными метками» от исходного материнского вещества. К таковым относят­ся: порфирины - структурные фрагменты хлорофилла и гемоглоби­на животных; изопреноидные углеводороды, например С₂₀Н42 с од­ним лишь идентичным природному изомером из 366 тыс. теорети­чески возможных изомеров; гоманоиды, свойственные сине-зеленым планктонным водорослям; нормальные парафины С_п и выше с пре­обладающим нечетным числом атомов углерода над четным; биту­минозные вещества с идентичными хроматографическими пиками, масс-спектрами и изотопным составом; микроэлементы с идентич­ным распределением металлов, прежде всего Ni и V; сероорганичес-кие соединения со сходным изотопным составом серы и др. Следует особо отметить такой убедительный геохимический аргумент в пользу органической концепции, как оптическая активность - одно из фундаментальных свойств, общих для живого вещества и продук­тов его преобразования. Установлено, что нефти минерального син­теза в отличие от биогенного не обладают оптической активностью. Геологическим аргументом в пользу органической концепции явля­ется и то обстоятельство, что подавляющая часть залежей нефти со­средоточена именно в осадочных породах Земли. Известный геолог профессор А.А. Бакиров оценивает следующим образом распреде­ление запасов нефти (в % масс, от мировых запасов) по отложениям горных пород: докембрия - очень мало, палеозоя - 6,8, мезозоя - 68 и кайнозоя - 25,2. Не случайно, что значительные геологические от­крытия мировых залежей нефти осуществлялись исходя из органи­ческих воззрений в геолого-поисковых работах.

Убедительным (космическим) аргументом в доказательство био­генного синтеза нефти являются результаты исследований, по­лученных межпланетными автоматическими станциями Венера-5, -6, -7 и американскими станциями, показавшие полное отсутствие углеводородов на Венере и Марсе, где нет биосферы, хотя в атмос­фере этих планет содержится в значительных количествах двуокись углерода.

Для подтверждения возможности органического синтеза нефти были проведены прямые лабораторные экспериментальные иссле-

61

дования (технологический аргумент). Так, еще в 1888 г. немецкий химик К. Энглер впервые в мире произвел перегонку рыбьего жира при давлении 1 МПа и температуре 42°С и получил 61% масс, масла плотностью 0,8105, состоящего на 90% из углеводородов, преимуще­ственно парафиновых от С₅ и выше. В тот же период им были полу­чены углеводороды из растительных масел: репейного, оливкового и др. В 1919 г. академик Н.Ф. Зелинский произвел перегонку сапропе­лита оз. Балхаш и получил 63,2% смолы, 16% кокса и 20,8% газа. Газ состоял из метана, окиси углерода, водорода и сероводорода. После вторичной перегонки смолы были получены бензин, керосин и тяже­лые масла, в состав которых входили парафиновые, нафтеновые и ароматические углеводороды. В 1921 г. японский ученый Кобаяси получил искусственную нефть при перегонке рыбьего жира без дав­ления, но в присутствии катализатора - гидросиликата алюминия. Подобные опыты были проведены затем и другими исследователя­ми. Было установлено, что природные алюмосиликаты - глины - яв­ляются катализатором в химических реакциях нефтеобразования. Академик А.Д. Архангельский глинистые породы назвал нефтепро-изводящими, или нефтематеринскими. Подтверждающие органичес­кую концепцию нефтесинтеза дали также исследования самих оса­дочных пород различного геологического возраста на присутствие углеводородов. Органические вещества в пределах 0,2 - 0,9% от мас­сы осадочных пород были обнаружены во всех осадочных образова­ниях - от докембрия до современных осадков, причем глины оказа­лись в среднем в 2 - 4 раза богаче органическим веществом, чем пес­ки и карбонаты. Более богатыми органикой оказались глинистые породы нефтегазоносных провинций. Так, глины девонских отложе­ний Волго-Урала и юрских отложений Западной Сибири содержали до 10- 15% органического вещества. Исследования химического со­става органических веществ осадочных пород, определяемого по сте­пени растворимости в различных растворителях, показали, что они состоят из битумоидов (10 - 15%), гуминовых кислот (15 - 20%) и на 70 - 80% из нерастворимого органического остатка - керогена, по составу сходного с углями. В битумоидах содержится до 55% жидких и твердых углеводородов всех трех классов. Очевидно, содержание керогена в осадочных породах будет зависеть от состава исходного материнского вещества: его выход будет больше из наземной расти­тельности, чем из морской.

62

В последнее время углеводороды в малых количествах (долях процента на сухое органическое вещество) обнаружены непосред­ственно в составе растительных и животных организмов.

Расчеты показали, что в осадочных породах континентов и на дне океанов в составе органического вещества содержится порядка 10¹⁶ т рассеянных углеводородов (микронефти), что более чем в 100 раз превышает все открытые и прогнозные мировые запасы макро­нефти, газа и углей. Кроме того, огромное количество рассеянной нефти содержится в растворенном состоянии в подземных водах -постоянных ее попутчиках. Отсюда следует вывод о том, что только незначительная часть - менее 1% рассеянной нефти добирается до «финиша» и образует месторождения, представляющие промышлен­ное значение. Наличие керогена в осадочных породах можно рас­сматривать как аргумент, свидетельствующий о существовании рас­сеянных углей в количествах, во много раз превышающих их запа­сы в крупных месторождениях. К сожалению, рассеянные угли, в отличие от нефти и газа, не могут мигрировать по пластам и накап­ливаться в подземных резервуарах. Этот же факт можно рассматри­вать как аргумент в пользу совместного образования каустобиоли-тов на ранних химических стадиях превращений исходного материн­ского органического вещества.

В последние годы у нас и за рубежом проводились комплексные исследования более детального химизма нефтеобразования в усло­виях, максимально моделирующих природный нефтесинтез (за ис­ключением длительности опытов по причине отсутствия у исследо­вателей времени продолжительностью в миллион лет). В результате установлены общие закономерности образования основных классов углеводородов нефти из отдельных групповых компонентов расте­ний и животных организмов, а также продуктов их первичных пре­вращений (химический аргумент).

В частности, была экспериментально доказана возможность гид­ротермального превращения материнского органического вещества в углеводороды нефтяного ряда при температурах 350-400°С (т.е. при сверхкритических) и давлениях более 5 МПа. При этих ус­ловиях вода обладает такой же растворяющей способностью, как аце­тон при 25°С, и действует не только как растворитель, но и как реа­гент, а в присутствии растворенных кислот и щелочей- как катали­затор*.

♦Нефтехимия. Т. 41, №4. 2001.

63

Образование нефти непосредственно из С0₂ и Н₂0, из которых состояла материнская атмосфера Земли, термодинамически без фо­тосинтеза невозможно («термодинамический» аргумент). Теорети­чески более вероятна возможность образования нефти в земных глу­бинах взаимодействием воды с карбидами металлов. Единственное, но не убедительное доказательство этому, являющееся козырной кар­той сторонников «неорганической» концепции, - это нефтеподобная жидкость, получаемая в лабораторных условиях по карбидному син­тезу, но принципиально отличающаяся по качеству от природной нефти (как, например, сливочное масло от маргарина). Кроме того, на наш взгляд, карбиды металлов могли образоваться в природе в результате взаимодействия карбидообразующих металлов с органи­ческими веществами при термобарических условиях подземелья. В таком случае карбидный синтез углеводородов есть не что иное, как промежуточная каталитическая стадия (вторичная реакция) суммар­ного биогенного процесса рождения нефти. Ведь из теории катализа известно, что металлы (и не только металлы) - катализаторы уско­ряют химические реакции, образуя с участниками химического про­цесса промежуточные химические соединения, но при этом не изме­няя равновесия реакций (физико-химический аргумент).

Можно считать, что у сторонников «неорганической» концепции на происхождение нефти нет научно обоснованных «алиби», чтобы опровергнуть органиков-оппонентов. В то же время нельзя и полно­стью игнорировать вероятность неорганического синтеза нефти. Академик И.М. Губкин признавал возможность такого происхожде­ния нефти, но в ограниченных количествах. Еще в 1927 г. академик В.И. Вернадский утверждал, что «хотя теории неорганического ге­незиса нефтей еще существуют и имеют последователей между уче­ными, но неуклонно становится ясным, что к большим скоплениям и нефтяным областям они не приложимы».

Таким образом, имеющихся на сегодня результатов химических, геохимических, биологических и космических исследований более чем достаточно, чтобы считать концепцию органического происхождения нефти научно аргументированной теорией. Те немногие геологические факты, которые пока трудно объяснимы с позиций этой теории, напри­мер, обнаружение нефти вне осадочных пород, следует рассматривать как исключительные, учитывая сложность и многообразие химическо­го синтеза от исходной биомассы до природной нефти и использовать их для установления более полной картины в рамках органической те­ории происхождения не только нефти, но и каустобиолитов в целом.

64