Глава 4. Основы геологии

НЕФТИ И ГАЗА

1. Нефть и природный газ

1. Гипотезы образования нефти и газа

XXI век смело выдвигает новейшую гипотезу образования неф­ти и газа — углеводородного сырья, которое в настоящее время и на ближайшую перспективу в полвека на 75...85% решает энергоснаб­жение самых развитых в экономическом плане стран. Обнадежива­ющее заявление российских ученых, прозвучавшее на всемирном симпозиуме «Энергия и безопасность» от 21 ноября 2008 года в Мо­скве, дает право утверждать, что открываются новые горизонты ми­ровых запасов нефти и газа на последующие 48 тыс. лет, благодаря именно этой теории.

Долгое время теоретическое обоснование происхождения нефти и газа имело две диаметрально противоположные гипотезы: биоген­ную (органическую) и абиогенную (неорганическую).

Согласно биогенной концепции, нефть образовалась из остан­ков растительных и животных организмов (морской и сухопутной биоты) в пластах осадочных чехлов различных эпох за десятки и сот­ни миллионов лет.

Абиогенная теория, наоборот, утверждает, что нефть значитель­но моложе, что создавалась она в верхней мантии под литосфер- ным слоем Земли из существующего там набора неорганических ве­ществ при высоких температурах и давлениях, по трещинам глубин­ных разломов поднималась на поверхность и скапливалась там в ло­вушках пористых пластов, перекрытых сверху покрышками из пло­хо проницаемых пород.

Во главе приверженцев биогенной теории стояли такие известные российские ученые, как М.В. Ломоносов, Н.Д. Зелинский, В.И. Вер­надский, И.М. Губкин, а из зарубежных— Г. Гефер, К. Энглер, П. Смит и рад других.

Создателем абиогенной концепции по праву считается Д.И. Мен­делеев. Хотя и он вначале придерживался биогенной гипотезы про­исхождения нефти, но затем пересмотрел свою точку зрения на засе­дании русского химического общества.

Наиболее сильную поддержку неорганическая теория получила в прошлом веке, благодаря известному геологу-нефтянику Н.А. Ку­дрявцеву. В 50-е годы он собрал и обобщил огромный геологический материал по нефтяным и газовым месторождениям мира. Кудрявцев

- 126 –

обратил внимание на то, что многие месторождения нефти и газа об­наруживаются под зонами глубинных разломов земной коры.

Исходя из теоретических представлений, Кудрявцев советовал искать нефть не только в верхних слоях, но и глубже. Этот прогноз блестяще подтверждается, и глубина бурения с каждым годом воз­растает.

В середине 60-х годов удалось ответить на такой важный вопрос: почему столь «нежные» углеводородные соединения, из которых состоит нефть, не распадаются в недрах Земли на химические эле­менты при высокой температуре? Действительно, такое разложение можно наблюдать даже в школьной лаборатории. На подобных реак­циях зиждется деструктивная переработка нефти.

Оказалось, что в природе дело обстоит как раз наоборот — из про­стых соединений образуются более сложные. Математическим мо­делированием химических реакций доказано, что подобный син­тез вполне допустим, если к высоким температурам мы добавим еще и высокие давления. То и другое, как известно, в избытке имеется в земных недрах.

Согласно положениям литосферно-океанической теории (ЛОТ), особенно высокие давления (при высоких температурах) характер­ны для локальных и глобальных паровых взрывов в астеносфере во время прорыва туда больших масс океанической воды через рифто- вые щели (а также стыки плит, находящихся в положении субдук- ции) при лунно-солнечных приливах литосферы или при вертикаль­ных подвижках плит земной коры от таяния великих ледников.

Именно в этом оказались неправы обе гипотезы: и биогенная, и абиогенная. Однако теория ЛОТ их полностью не отвергает и, наобо­рот, подтверждает, что отчасти они обе правы. Нефть, действитель­но, частично образовалась из останков органики, но образовалась она именно глубоко под землей в астеносфере, как и утверждалось второй гипотезой.

Согласно постулатам ЛОТ, углеводородный газ образуется при паровых взрывах. Скопившийся в астеносфере углеводородный газ при глобальном взрыве под высоким давлением выбрасывался на­верх по вновь образованным и старым разломам литосферы и частью распылялся в атмосфере, частью задерживался в пустотах кристал­лического фундамента и осадочного чехла. При охлаждении в верх­них слоях земной коры легкие фракции углеводородов (метан и дру­гие) скапливались в виде природного газа, а более тяжелые конден­сировались в нефть.

Скопления нефти и газа в большинстве случаях встречаются в за­лежах в смеси. Многообразие их соотношения в этих смесях оказы­вает влияние на их состав и свойства, количество примесей и общий химический состав, что и определяет сорт товарного продукта и раз­личия на всех месторождениях.

- 127 –

Масштабы будущих залежей нефти определяются расположени­ем разломов вблизи крупных скоплений астеносферных углеводоро­дов, проходного сечения литосферных разломов, прочностью и не­проницаемостью нефтяных ловушек в земной коре.

Когда давление было достаточно велико, а жесткость пласта до­статочно мала, он выгибался в свод — в так называемую антикли­наль. Проходили десятки, иногда сотни тысяч и миллионы лет. На старых, разрушающихся месторождениях летучие фракции посте­пенно уходили в атмосферу, давление снижалось и антиклиналь ста­новилась все более пологой, порой даже прогибаясь в синклиналь. Поэтому нефть очень старых (но не старее временных рамок фане- розоя) месторождений становилась более «тяжелой», и со временем перерождалась в асфальты, битумы и сланцы.

Наибольшее количество углерода (основного элемента биоты) на поверхности Земли находится в Мировом океане. Больше всего его содержится в углекислом газе. А непосредственно органического ве­щества в морской воде в сто раз больше, чем в осадках на дне морей. Становится понятно, откуда мог взяться тот исходный органический материал, из которого в астеносфере при температуре около 1200°С и при давлениях мощнейших взрывов шел генезис нефти. Исходное органическое вещество бралось из своего самого емкого источника — из прорывавшихся в астеносферу через рифты и субдукционные стыки литосферных плит огромных масс морской воды.

Нефть и газ располагаются там, где литосфера наиболее тонкая, т.е. под океаническим дном, под низменностями суши, равнинами и горными распадками. Под горными массивами литосфера резко утолщается, и астеносферной нефти там не может быть.

Под океанами литосфера значительно тоньше и образует как бы своеобразный свод, куда из массива астеносферы, т.е. верхней, очень своеобразной части верхней мантии, «всплывают» образовав­шиеся при гидротермальных взрывах океанической воды в недрах астеносферы биогенные и абиогенные углеводороды. Под конти­нентами толщина литосферы значительно возрастает, и углеводо­родов там мало, только в разломах и околоразломных пустотах оса­дочных и коренных пород. Под горными массивами ничего нет, но в межгорных низинах, близ горных разломов и сбросов могут быть неплохие месторождения.

На основании теории ЛОТ ученые подсчитали предполагаемые запасы углеводородного сырья в недрах Земли, учитывая период их образования из органики и углекислого газа, поступивших в асте­носферу с океанической водой, после Гондванского оледенения. Что составило около 239 триллионов тонн.

Такое количество углеводородного сырья образовалось в асте­носфере за 180 млн. лет, прошедших со времени первой гондван- ской катастрофы, и сконцентрировалось в верхних слоях астеносфе-

- 128 –

ры под горячим сводом литосферы. Обнаружение слоя углеводоро­дов астеносферы снимет на очень долгий срок проблему нехватки углеводородного сырья.

По скромным подсчетам, сейчас на Земле в год потребляется около 4 млрд. тонн нефти и газа. Следовательно, их хватит на около 48 тыс. лет. Если полагаться лишь на открытые запасы углеводород­ного сырья, то их достаточно на ближайшие 50 лет.

Вопросы для самоконтроля

1. Влияние химического состава на физические свойства и товар­ные качества нефти.

2. Какие качества нефти оказывают вредное влияние на окружа­ющую среду?

3. Какое практическое значение имеет проблема происхождения нефти?

4. Как используются нефть и газ в различных отраслях промыш­ленности?

5. Каково смысловое значение понятий «месторождение», «ме­сто скопления»?