§ 2. Теория органического происхождения нефти и газа

Геологические доказательства органического происхождения нефти и газа базируются на условиях залегания и на закономер­ностях распространения их в земной коре. Одним из аргументов органи­ческого происхождения нефти яв­ляется то, что 99,9 % известных ско­плений нефти и газа связано с оса­дочными толщами горных пород. Неравномерность распределения скоплений нефти и газа в земной коре и преимущественную приуро­ченность их к определенным страти­графическим комплексам можно объяснить только с позиций органи­ческого происхождения.

Установленный параллелизм процессов накопления органиче­ского вещества, захороняющегося в осадках, и процессов накопления ресурсов каустобиолитов, в том чи­сле нефти, в течение отдельных гео­логических периодов, несомненно, отражает генетические связи как углеобразования, так и нефтеобразованпя с накоплением органиче­ского вещества в осадках каждого рассматриваемого отрезка времени геологической истории Земли.

Окончательную победу рассматриваемой теории принесла органическая геохимия, особенно биохимия, перешедшая на молекулярный уровень исследований. В составе как органиче­ского вещества пород, так и нефтей были констатированы весьма характерные молекулы (или их фрагменты), своеобразие кото­рых не оставляет сомнений в их биохимической природе (приме­ром могут служить порфирины). “Можно не сомневаться, что в осадочных породах, будут обнаружены еще бесконечные множества других органических молекул (если не все), которые создаются в тканях и органах растений и животных” (А. П. Виноградов, 1964 г.)

Генезис нефти

По современным представлениям с генетической точки зре­ния нефть является жидким продуктом преобразования в нед­рах земной коры органических соединений сапропелевого типа, первоисточником которых явились остатки низших организмов.

В свете, новейших данных нефтеобразование рисуется как весьма длительный, многоступенчатый процесс, который органически очень тесно связан с литогенезом в бассейнах, испытавших значительное опускание. Нефть не является, строго говоря, одновозрастной, так как состоит из компонентов, образо­вавшихся в различные отрезки времени. Некоторые химические соединения в ее составе возникли еще в телах живых организ­мов; они были унаследованы “юной” микронефтью и сохрани­лись при ее “созревании”. Такие биохимические реликты в со­ставе нефти (находящейся уже в залежи) в сумме составляют не более нескольких процентов от ее веса. О них можно сказать, если иметь в виду нефть как уже сформировавшуюся систему, что они старше нефти, древнее ее основной массы.

Следующая генерация компонентов нефти, дающая начало нефти в залежах, рождается на стадии диагенеза в результате микробиальной жизни в илах. Соответствующих биохимических соединений в нефтях (находящихся в залежах) может быть не­сколько больше, чем реликтов первой генерации, но также отно­сительно мало.

Биохимические реликты первой и второй генерации можно датировать возрастом материнских отложений. Большая же часть нефти образуется значительно позже накопления нефтематеринских слоев.

Генезис газа

Углеводородные горючие газы генетически связаны либо с гумусовым (угольным) органическим веществом, либо с сапро­пелевым (нефтяным). По составу угольный (сухой) и нефтяной (жирный) газы существенно различаются.

В случае преобразования гумусового органического веще­ства, захороненного в рассеянной форме, образуются главным образом газообразные углеводороды и углистое вещество. Последнее распределено в породах в виде примеси (как правило, не более 5 %). Если гумусовое органическое вещество преобра­зуется в гомогенных концентрированных массах, то в этом слу­чае газообразные углеводороды (в основном метан) являются побочным продуктом процесса карбонизации органического ве­щества, а основным — углистое вещество, которое образует в земной коре самостоятельные геологические тела (пласты уг­лей), газ же в этих телах находится в виде примеси, составляя ничтожную долю их массы.

Процесс преобразования сапропелевого органического веще­ства сопровождается на всех стадиях газообразованием. Но главным продуктом этого процесса следует считать нефть (образуется из рассеянной органики) и горючие сланцы (генери­руется из концентрированных масс органического вещества). Помимо газа, нефти и горючих сланцев в качестве продуктов преобразования в этом процессе выступает остаточное органиче­ское вещество, находимое в рассеянном виде (как правило, не более 5 %, чаще 0,5 %) в осадочных породах нефтегазоносных районов.

Вертикальная зональность образования углеводородов в осадочных породах. По мнению некоторых исследователей, преобразование захороняемого в осадке органического вещества в нефтяные угле­водороды, в том числе и в жидкие, начинается еще в стадии диагенеза осадков и наиболее интенсивно продолжается по мере их погружения в более глубокие зоны. Существует и дру­гая точка зрения, согласно которой образование нефтяных углеводородов происходит только на глубинах 1 км и более. При погружении пород на глубины с температурой от 50—60 °С и выше процессы изменения органического вещества (углефикация и битуминизация) усиливаются. Эти процессы разви­ваются в течение длительного отрезка времени. Предпола­гается, что на определенных глубинах усиливается новообразо­вание углеводородов, генерируются в большом количестве го­мологи метана (02—Сз) и жидкие легкие углеводороды, состав­ляющие бензиновую и керосиновую фракции нефти. Интервалы усиления процессов преобразования сильно варьируют в раз­ных районах в зависимости от темпов опускания, перерывов в отложениях (из-за перемены знака движения), геотермиче­ского градиента (точнее, от геотермической истории бассейна).

Таким образом, в процессе погружения отложений при про­хождении ими определенных интервалов глубин (зон) в недрах осадочной оболочки происходит преобразование органического вещества, содержащегося в этих отложениях. Причем в различных зонах в зависимости от исходного органического вещества это преобразование приводит к разным результатам.

Первую графическую схему изменения интенсивности обра­зования углеводородов с глубиной опубликовал наш выдаю­щийся геохимик В. А. Соколов в 1948 г. (рис.6).

Рис. 6. Интенсивность нефтегазообразования в осадочных породах по мере их погружения (по В. А. Соколову)

В. А. Соколов (1971 г.) в толще осадочных образований вы­делил три такие зоны. В верхней зоне (до глубины 50 м), ко­торую он назвал биохимической, происходят лишь биохимиче­ские процессы преобразования органического вещества. Они приводят к образованию СН₄ и СО₂. В средней зоне (интервал 1000—6000 м) активно разви­ваются процессы гидрогенизации и термокаталитических превра­щений органического вещества пород. Эти процессы приводят к интенсивному образованию углеводородов. В нижней зоне при погружении отложений на глубины более 6000 м образуется в основном метан. Нижнюю и среднюю зоны В. А. Соколов назвал термокаталитическими. Между биохимической зоной и термокаталитической в интервале глубин 50—1000 м выделяется еще одна зона. В ней органиче­ское вещество претерпевает сла­бые изменения. Это обусловлено тем, что биохимические процессы прекратились, а термокаталитические еще не набрали силы из-за небольшой температуры, недостаточной для преодоления энергетического барьера.

Важная закономерность — приуроченность всех нефтяных ме­сторождений к областям опускания, к сформировавшимся в них осадочным бассейнам — находит, таким образом, свое объясне­ние в новейшей теории органического происхождения нефти.