2. Геосолитонная концепция образования месторождений углеводородов

2.1. История споров о происхождении нефти

Еще в 1991 году академик Андрей Алексеевич Трофимук, впервые познакомившись с концепцией геосолитоной дегазации Земли, заметил, что для полноты понимания, полноты описания всей системы новой геологической концепции непременно потребуется четко определиться и с моделью образования месторождений углеводородов. И он оказался прав: действительно, совершенно необходимо вернуться к старейшему спору, фундаментальному пересмотру концепций образования нефти и газа.

Спор о происхождении нефти относится к числу «великих геологических споров», который остается все еще не завершенным, хотя на эту тему известно более 25000 публикаций. Существуют различные гипотезы происхождения нефти, но большинство их может быть объединено в две группы. Сторонники одной из них считают, что нефть образовалась биоорганическим путем, то есть из остатков растений, животных и простейших микроорганизмов, живших много миллионов лет назад. Сторонники другой доказывают неорганическое происхождение нефти - хотя все соединения углеводорода принято называть органическими соединениями. Поэтому «неорганическое происхождение» предполагает химический путь преобразований из простейших химических элементов и соединений. Среди «органиков» довольно долго шел горячий спор о том, каким было исходное вещество – растительного или животного происхождения. Победила компромиссная точка зрения: это вещество и растительного, и животного происхождения. Подобным же компромиссом, скорее всего, завершится спор между «органиками» и «неорганиками». Для образования нефти необходимы неорганический водород вместе с неорганическим метаном и углеродом, излучаемые в процессе дегазации из центральных геосфер Земли; определенную необходимую роль при формировании нефтяных месторождений играет и органическое вещество. Такое компромиссное решение проблемы несет в себе геосолитонная концепция геологических процессов образования месторождений углеводородов.

Другим предметом ожесточенных споров было само место залегания нефти. Одни геологи считали, что залежи углеводородов находятся там, куда упали органические остатки, тогда как другие геологи утверждали, что углеводороды рождаются в одном месте, а скапливаются – в другом. Последняя гипотеза была поддержана большинством, но это еще не является гарантией истины (чаще мнение большинства является ошибочным). При отсутствии хороших проводящих высокопроницаемых каналов ни о каких промышленных объемах перемещаемой нефти с места образования на места формирования, скорее всего, не может быть и речи. В геосолитонной концепции имеются все необходимые механизмы и объяснения как для очагов нефтегазогенерации, так и для возможных перемещений углеводородов в некоторой окрестности этих очагов. В качестве одного из основных аргументов концепция органического происхождения нефти чаще всего использует то, что подавляющее большинство месторождений находится в толщах осадочных пород. Отсюда и был сделан «органиками» вывод: нефть образуется по мере накопления осадков. Но и в осадочных породах нефть в промышленных объемах, доступных для рентабельной добычи, скапливается только при условии наличия надежных покрышек, закупоривающих залежь от возможного перетока вверх по геологическому разрезу.

Рациональное зерно можно отыскать почти во всех гипотезах о происхождении нефти, что указывает на реальное существование некой целостной концепции нефтегазогенерации и формирования месторождений углеводородов. Такой компромиссной и всеобъемлющей представляется геосолитонная концепция нефтегазогенерации, формирования, эволюции, самовоспроизводства и разрушения месторождений углеводородов.

Органическая или осадочно-миграционная теория в основном базируется на представлении о том, что рассеянное в горных породах органическое вещество (РОВ) на определенных глубинах и при определенных температурах генерирует частицы рассеянной микронефти. Предполагается, что в процессе первичной миграции происходит движение микрочастиц нефти и газа из нефтематеринских пород в коллекторы, в процессе вторичной миграции – концентрация и аккумуляция углеводородов (УВ) в залежь. Точка зрения о неорганическом, или абиогенном, генезисе углеводородов основана на представлении о том, что их образование происходит в глубинных, мантийных, очагах вследствие неорганического синтеза без участия нефтематеринских пород и не связана с процессом генерации РОВ. Со временем вышеизложенные концепции, особенно органическая, претерпели значительные изменения. В частности, до пятидесятых годов сторонники органической теории предполагали, что формирование нефтяных УВ происходит в результате механического отжатия (битуминозных, липидных) компонентов из нефтематеринских пород в процессе их погружения и уплотнения. Позднее, в 1960-1980 годах, преобладала термокаталитическая концепция. Наиболее четкая схема гипотетических процессов генерации нефти и газа из РОВ была предложена Н.Б. Вассоевичем (1967), определившим конкретные глубины погружения и температуры пород, благоприятные для развития главных фаз нефти и газообразования. В зарубежной литературе главный этап генерации нефти органическим веществом был назван «нефтяным окном». Но уже в 1970-е годы стало очевидно, что накопленный геологический материал во многом противоречит основным положениям термокаталитической органической теории. Выяснилось, что глубины залежей нефти и газа, а также температуры и давления в интервалах залегания этих залежей в разных районах существенно различны и отличаются от теоретических. Были открыты крупные месторождения углеводородов в небольших бассейнах с незначительной мощностью осадочного чехла. А в ряде крупных глубоких бассейнов, выполненных нормальными осадочными породами, месторождений нефти и газа вообще не было выявлено (Московская синеклиза, межгорные впадины Западного Казахстана, некоторые впадины в Западном Алжире и другие). В некоторых районах установлены гигантские разведанные залежи УВ, значительно превышающие их предполагаемый генерационный потенциал (Персидский залив, Атобаска, Ориноко и др.). Эти и многие другие несоответствия между теоретическими представлениями и фактическими данными многократно обсуждались в многочисленных публикациях и на геологических конференциях. Все более и более очевидной становилась необходимость создания новой теории нефтегазообразования или реставрации, изменения старых теорий.

Несмотря на обилие парадоксов, даже наиболее сомневающиеся в правомерности положений органической теории исследователи все-таки оставались в плену представлений о возможности генераций УВ из рассеянного ОВ и искали лишь новые источники энергии для этого процесса. Например, в работе Б.Ф. Дьякова (1988) говорится, что «многие вопросы нефтяной теории и практики должны быть пересмотрены: в условиях длительного нефтеобразования прямая генетическая и пространственная связь между продуктами изменения органического вещества пород и нефтяными залежами маловероятна, а скорее, отсутствует. Нефть образуется при быстром воздействии на органические вещества пород осадочного чехла внутренней энергии Земли, главным образом, тепла».

В 1985 году Ю.А. Пицуха предложил еще один вариант органической теории нефтеобразования. Он считает, что преобразование рассеянного органического вещества в углеводород происходит не за счет тепловой энергии, как это утверждает Б.Ф. Дьяков, а в результате воздействия на породы тектоногенно-механических процессов. Именно эти процессы, якобы, инициируют взаимодействия между минеральными и органическими частицами пород и стимулируют самопроизвольную генерацию углеводородов.

Широкое внедрение в геологические работы идей тектоники литосферных плит привело в свою очередь и к трансформации вариантов органической теории происхождения нефти, и уже в 1990 годах появились специфические варианты органической теории. Так, в частности, Б.А. Соколовым и В.Е. Хаиным были предложены геофлюидодинамическое, а В.П. Гавриловым – геодинамическое нефтегазообразования (Б.А. Соколов, В.Е. Хаин - 1997), (В.П. Гаврилов - 1998). Эти близкие по наименованию и содержанию варианты органической теории основаны на предположении о том, что основная масса углеводородных соединений формируется в геодинамически напряженных зонах на стыке литосферных плит (в зонах субдукции и обдукции). Именно здесь, в зонах поддвига одной плиты под другую, происходит накопление и погружение огромных масс осадочных пород и переработка рассеянной в них органики в углеводороды. Придается большое значение роли глубинных флюидных водно-минеральных потоков, образовавшихся за счет дефлюидезации мантийных диапиров. Эти мигрирующие вверх флюиды являются мощными тепломассоносителями и способствуют нефтегазообразованию из органических пород, а также обеспечивают эффективное вытеснение и миграцию микронефти из материнских пород.

Соединение этих двух слабо обоснованных теоретически концепций – тектоники плит и органической теории - порождает своеобразные новые малоубедительные концепции, которые могут быть легко опровергнуты. В 1998 на юбилейном заседании научного совета РАН по проблемам геологии и разработки месторождений нефти и газа было изложено в докладе академика А.Э. Канторовича наиболее современное состояние осадочно-миграционной теории «нафтидогенеза» (А.Э. Канторович -1998). А.Э. Канторович в своем докладе выделил 35 основных направлений научных исследований, совокупность которых составляет содержание современной науки о нафтидогенезе и охватывает практически все научные разработки в области нефтяной геологии и геохимии.

Однако уже в 2000 году в учебнике для студентов под названием «Геология и геохимия нефти и газа» (О.К. Баженова, Ю.К. Бурлин, Б.А. Соколов и др. - 2000) авторы сделали новый шаг в деле развития органической теории нефтегазообразования. В частности, они пишут: «Осадочные бассейны являются своеобразными «заводами» по производству нефти и газа. Нефтегазообразование представляет универсальный саморазвивающийся процесс, сопровождающий существование осадочных бассейнов, являющихся накопителями органического вещества и производителями углеводородов». Вместе с тем авторы уже признают важнейшую роль в формировании месторождений углеводородов глубинных флюидов и считают, что «саморазвитие осадочного бассейна приводит к созданию мощной системы восходящих тепловых потоков, активизирующих процессы нефтеобразования во всем бассейне. На первом этапе эти потоки связаны с дефлюидезацией мантийных диапиров, на втором – с теплоносителями из нижней части осадочного разреза нефтегазносного бассейна».

Неорганическая (минеральная) теория происхождения нефтяных углеводородов была впервые высказана не геологами, а химиками. Еще в первой половине ХIХ века французами М. Бертло и А. Биассоном, немцем Т. Квоятцом и наиболее полно русским ученым Д.И. Менделеевым был выполнен целый ряд химических экспериментов по неорганическому синтезу сложных углеводородов, что явилось основанием для выдвижения этой теории. Этими химиками и были выдвинуты самые первые варианты реакций неорганического образования нефти при высокотемпературных условиях больших глубин из таких природных ресурсов, как вода, углекислый газ, серная кислота, оксиды железа, щелочные металлы. Окончательное представление о мантийной природе нефтяных углеводородов сложилось только во второй половине ХХ века. К этому времени стало ясно, что обширный фактический материал по различным нефтегазоносным районам противоречит ряду основных положений органической теории нефтегазообразования.

Одним из первых геологов, отметивших сквозной характер нефтегазонасышенности осадочного чехла, был Н.А. Кудрявцев, который писал: «На каждой структуре, содержащей нефть в верхних горизонтах, перспективны все коллектора вплоть до подошвы осадочной толщи, независимо от присутствия «нефтематеринских» пород и условий для латеральной миграции» (Н.А. Кудрявцев - 1973).

В 1986 году П.Н. Кропоткин, продолжая развивать идеи В.И. Вернадского, ввел понятие о глубинной дегазации недр: «В многопластовых месторождениях можно очертить внешний, почти вертикальный контур «трубы дегазации», по которой происходит миграция углеводородов. Внутри этого контура располагаются все залежи, фиксируется аномально высокое пластовое давление, а также геохимические и температурные аномалии (П.Н. Кропоткин - 1986).

Авторитетная школа «неоргаников», возглавляемая В.П. Порфирьевым, сложилась на Украине. Она объединяла таких известных исследователей как Г.М. Полленто, В.А. Краюшкин, И.И. Чебаненко, В.Г. Осадчий и другие. Ученые этой школы отмечали прежде всего молодой возраст нефтяных скоплений, а также их несомненную связь с глубинными разломами, предложив несколько новых моделей нефтегазообразования. Возможность неорганического синтеза углеводородов из исходной смеси природных минералов в условиях высоких давлений и температур к этому времени уже была доказана химическими экспериментами и в широких масштабах стала осуществляться на промышленных установках. Неорганическая теория рассматривает нефтегазоносность как одно из проявлений природного процесса дегазации Земли, создавшего на ранних этапах ее гидросферу, атмосферу и биосферу. Среди верхнемантийных газов преобладают пары воды и углекислота, и только эти соединения могут быть донорными для глубинного синтеза углеводородов. Поскольку водород и углерод находятся в окисленном состоянии, образование углеводорода в процессе распада воды и углекислого газа может происходить, согласно этой концепции, только в восстановительной среде, то есть, при наличии избытка дегазирующего водорода, источником которого является земное ядро. Видимо, подобная благоприятная обстановка может образоваться в мантийных очагах, связанных с ультраосновными породами, где весь освобождающийся кислород расходуется на образование силикатов алюминия, кальция и других, а окислы железа остаются свободными и могут участвовать в восстановительных процессах. В результате реакции между летучими компонентами воды и углекислого газа, сероводорода и других могут образовываться первичные углеводороды. Так возникает и развивается глубинный очаг нефтеобразования, в котором сначала растет давление, затем наступает разрыв плотности вышележащих пород, и глубинный источник разряжается по зоне разломов снизу вверх, заполняя коллекторы фундамента и осадочного разрыва. Следует заметить, что предложенная украинскими учеными концепция неорганического образования нефти близка к излагаемой ниже геосолитонной концепции образования углеводородов.

И.В. Грамберг предложил иной вариант глубинного синтеза нефти, суть которого заключается в следующем. При огромных давлениях и температурах в мантийных очагах нефтегазообразования вместо метана и нефти могут существовать их структурные радикалы: углерод, метин, метилен, метил (С, СН₁, СН₂, СН₃). Различные сочетания и количественное соотношение этих радикалов и определяют всю гамму нефтяных углеводородов, а также обуславливают близкие свойства и генетическое сходство нефтей всех месторождений мира.

Известно, что на месторождениях алмазов, формирующихся при очень высоких давлениях, достигающих многих десятков килобар и температурах более 2000º К., отмечается значительное содержание включений углеводородов. Высказывается такая точка зрения, что эти углеводороды имеют абиогенное происхождение. Е.Б. Чекалюк и Г.Е. Бойко провели эксперимент прямого синтеза углеводородов при давлении около 70 килобар и температуре около 2000º К. Из смеси исходных реагентов, в состав которых входили природные карбонаты и гидраты, а также восстановитель, была получена смесь углеводородных компонентов от метана до гексана со следами гептана. По мнению Е.Б. Чекалюка эти результаты не только подтверждают возможность абиогенного образования различных углеводородов, но и доказывают высокую баростойкость углеводородных систем в мантийных условиях (Е.Б. Чекалюк - 1975).

Остается по-прежнему много вопросов, связанных с образованием нефти и газа. В частности остается загадкой тот факт, что район Персидского залива содержит более 50 % мировых разведанных запасов нефти и в то же время занимает по площади лишь около 1 % поверхности суши. Этот феномен может быть объяснен различными факторами, в частности, наличием подстилающей мантии, богатой очагами нефтеобразования, активностью геосолитонного излучения и некоторыми другими. Следует отметить, что многие вопросы теории глубинного синтеза углеводородов по-прежнему являются дискуссионными даже среди ее сторонников: состав углеводородных компонентов и характер химических реакций в мантийных очагах, степень изменения и преобразования углеводородов в процессе их подъема в осадочную толщу, длительность формирования залежей, причины их различного фазового состояния и т.п..

В последние годы наметился определенный прогресс в сближении взглядов сторонников органической и неорганической теории нефтегазообразования. В частности, лидеры органической теории нефтегазообразования – Б.А. Соколов, А.Э. Канторович, В.П. Гаврилов стали признавать существенную роль глубинных флюидных потоков в процессе формирования залежей нефти и газа. Тем самым они, по сути дела, пришли к признанию смешанного, биоорганического и химического, варианта происхождения нефти и углеводородов. Напомним, что именно к такому, смешанному, компромиссному варианту склоняется и предлагаемая нами геосолитонная концепция образования углеводородов (Р.М. Бембель, В.М. Мегеря, С.Р. Бембель - 2003).