Гипотезы органического происхождения нефти и газа

Неорганические (абиогенные) гипотезы происхождения нефти и газа

ГЛАВА 5. ПРОИСХОЖДЕНИЕ НЕФТИ И ПРИРОДНОГО ГАЗА

Многочисленные гипотезы происхождения нефти, высказанные с начала VII века до настоящего времени, несмотря на большое разнообразие подразделяются на две группы- органического и неорганического происхождения.

Одним из первых идею неорганического происхождения нефти в середине XIX века выдвинул французский химик Бертело, который высказал предположение о том, что нефть образовывается в недрах Земли из минеральных веществ.

Д.И.Менделеев изложил свою гипотезу неорганического происхождения нефти. Образование УВ в недрах Земли, по его мнению, происходит в результате взаимодействия карбидов металлов с водой. Например, с карбидом железа: 2Fe + 3H₂0 = Fe₂0₃ + С₂Н₆.

В 1892 г. В.Д.Соколовым была высказана гипотеза космического происхождения нефти. По его мнению, в составе первичного газопылевого облака, из которого образовалась Земля, находились УВ. По мере формирования Земли УВ оказались в мантии. По мере остывания мантии УВ выделяются из нее и мигрируют в литосферу.

В XX веке идея неорганического синтеза УВ наиболее активно развивалась в Советском Союзе (Н.А.Кудрявцев, В.Е.Перфильев) и США (Мак-Дерлот). Н.А.Кудряцев в 1954 г. выдвинул гипотезу образования УВ в мантии. По его предположению из углерода и водорода, имеющихся в магме, образуются углеводородные радикалы СН, СН₂, СН_з, которые как и водород выделяются из магмы при снижении температуры и давления.

Пока нет ни теоретических, ни экспериментальных данных, которые могли бы показать возможность неорганического синтеза не метана или отдельных простейших УВ, а сложной и закономерной по составу системы УВ, азотистых, сернистых, кислородных и металлоорганических соединений, весьма сходных по комплексу признаков с биоорганическим веществом. Все основные доводы в пользу неорганической гипотезы происхождения нефти являются косвенными и допускают двойственное объяснение, как с позиции неорганического, так и органического генезиса нефти.

В качестве основных аргументов в пользу неорганического происхождения нефти сторонники этого направления приводят следующее:

- присутствие в спектре космических тел соединений углерода с водородом;

- наличие в атмосфере планет Солнечной системы метана;

- возможный синтез УВ неорганическим путем;

- присутствие горючих газов в вулканических газах;

- обязательное насыщение нефтью всего разреза в нефтегазоносном районе ("закономерность Кудрявцева") от самого верхнего продуктивного горизонта вниз до пород фундамента включительно;

- наличие нефти в изверженных породах и породах кристаллического фундамента;

- региональная приуроченность скоплений нефти и газа к зонам глубинных разломов.

Органическое происхождение нефти и природного газа в настоящее время признается большинством специалистов нефтяной геологии. Это положение обуславливается большим количеством геологических, геохимических и химических доводов.

К числу основных геологических доводов можно отнести:

- абсолютное большинство известных скоплений нефти и газа (99.9%) приурочено к осадочным образованиям от протерозоя до четвертичных;

- неравномерность скоплений нефти и газа в литосфере; приуроченность абсолютного большинства скоплений к определенным тектоническим элементам земной коры.

В числе геохимических доводов можно привести:

- нефть и природные горючие газы через различные переходные
формы имеют тесную взаимосвязь с другими горючими ископаемыми
(каменные угли, горючие сланцы), органическое происхождение
которых не вызывает сомнений;

- наличие в рассеянном органическом веществе (РОВ)
углеводородных компонентов сходных с углеводородными
соединениями различных фракций нефтей.

Многочисленны химические доводы в пользу органического происхождения нефти: установление особенностей состава и молекулярной структуры УВ, азотистых, кислородных, сернистых и металлоорганических соединений нефти свидетельство об их генетическом родстве с аналогичными молекулярными структурами живого вещества.

Одним из таких свойств общих для живого вещества и нефти, является оптическая активность, определяемая наличием зеркальных стереоизомеров, вращающих плоскость поляризации света. Оптическая ассимметрия органических молекул служит убедительным основанием для вывода о наличии живого вещества или продуктов его посмертного разложения. С этих позиций оптически активная нефть может быть только Продуктом биосферы, а ни в коем случае не результатом неорганического синтеза.

Другим свойством нефти, свидетельствующим о ее происхождении от живого вещества, является присутствие в нефти многочисленных "молекулярных ископаемых", или молекулярных структур, унаследованных от биоорганического вещества.

Первыми открытыми в нефти хемофоссилиями явились порфирины. Важными биогенными метками нефтей являются свойственные живому веществу изопреноидные УВ, особенно фитан и пристан, возникновение которых связывают с фитолом - структурным элементом молекулы хлорофилла. Пристан известен непосредственно в теле некоторых животных. По мере все более глубокого изучения нефти количество открываемых таких структур непрерывно возрастает. В настоящее время считается, что концентрация их в нефти может достигать 30-40% от ее массы.

Основоположником представлений об органической природе нефти и газа можно считать великого русского ученого М.В.Ломоносова. В своем труде "0 слоях земных" он высказал предположение об образовании нефти из углистого вещества под воздействием подземного тепла.

В середине прошлого века в США американские исследователи придерживались также мнения об образовании нефти путем длительной "перегонки" осадочных пород, обогащенных ОВ.

В начале XX века большинство исследователей склоняется к мысли о связи нефти с сапропелевым органическим веществом.

Академиком И.М.Губкиным была выдвинута стройная схема длительного процесса нефтегазообразования - от накопления осадков до связи формирования месторождений с тектоническими движениями земной коры.

В 40-50-е годы XX столетия теория органического происхождения нефти рассматривала процесс образования нефти как, главным образом, отжатие из глин битуминозных компонентов РОВ, образовавшимися в процессе погружения пород.

В эти годы сторонники теории органического происхождения нефти отказались от представлений о валовом превращении ОВ в нефть, о необходимости значительных концентраций ОВ.

В эти же годы детальными литолого-битуминологическими исследованиями начинается интенсивное изучение углеводородной части РОВ.

Определенную долю РОВ составляют битумоиды. Битумоиды - это органические вещества, растворяющиеся в органических растворителях (хлороформ, спиртобензол и др.). Битумоиды, выделяемые из РОВ хлороформом, называются хлороформенными битумоидами (ХБ). ХБ, наиболее обогащенная углеводородами часть ОВ, является одним из наиболее основных параметров нефтематеринских пород. Отношение величины содержания ХБ к содержанию С_орг в РОВ обозначается коэффициентом b (% вес.). В составе ХБ различают масляную и смолисто-асфальтовую части. Обязательным компонентом масляной фракции являются углеводороды.

Были установлены количественные и качественные изменения ХБ в процессе литогенеза. Так, выяснилось, что количество ХБ достигает максимума в РОВ, степень преобразованности которого соответствует длиннопламенной и газовой стадиям карбонизации ОВ гумусовых углей.

Были введены понятия, отражающие процессы перемещения углеводородных компонентов в осадочных породах. Сингенетичный бигумоид (СБ) - углеводородная фракция РОВ, незатронутая процессами эмиграции. Паравтохтонный битумоид - подвижная часть СБ, претерпевшая незначительное перемещение в пределах материнской породы. Этот процесс можно назвать протомиграцией. Остаточный битумоид (ОС) - СБ лишенный наиболее подвижной своей части в результате миграции. Эпигенетичный битумоид (ЭБ) - наиболее легкая масляная часть, отделившаяся от СБ и переместившаяся из материнского пласта. По своему элементному составу ЭБ очень близок к нефти (этот битумоид можно назвать микронефтью). Понятие "микронефть" было введено Н.Б.Вассоевичем в 1952 г.

В 60-70-е годы установлены фундаментальные положения, позволившие построить стройную теорию органического происхождения нефти. Методом материального баланса в отношениях атомов С, Н, О, N и S в элементном составе ХБ была показана возможность миграции углеводородной части РОВ в осадочных породах. (С.Г.Неручев, А.Э.Конторович, Е.А.Рогозина и др.). Появился механизм оценки нефтематеринского потенциала пород. В эти же годы А.А.Трофимуком и А.Э.Конторовичем был показан механизм эмиграции УВ из глинистых пород, отрицавшийся сторонниками неорганического происхождения нефти и не имевший весомой аргументации у сторонников органического происхождения нефти. Методом материального баланса соотношения С, Н и гетероатомов была показана реальность процесса эмиграции углеводородных соединений, генерируемых в РОВ. При этом было указано на затрудненность эмиграции из центральных частей глинистых нефтематеринских толщ.

В эти же годы экспериментальными работами была доказана возможность эмиграции УВ из глинистых материнских пород вместе с отжимаемыми из глин и глинистых пород седиментационными водами, вместе со сжатыми газами и в виде однофазной газонефтяной системы.

В 70-80-х годах были окончательно сформулированы основные положения вертикальной зональности генерации жидких и газообразных УВ в процессе катагенетического преобразования осадочных пород. Эта зональность увязана со шкалой карбонизации гумусовых углей. Решающий вклад в формирование этих представлений сделали советские геологи и геохимики: В.А.Соколов, Н.Б.Вассоевич, А.Э.Конторович, А.А.Трофимук, И.В.Высоцкий, СГ.Неручев, В.А.Успенский и многие другие. Фундаментальными положениями явились введенные в понятия "главная фаза (зона^-) нефтеобразования" (Н.Б.Вассоевич, А.Э.Конторович) в 1967 г. (в зарубежной литературе "oil window"). Н.Б.Вассоевич (1967 г.) всю сумму накопленных представлений о генетической связи РОВ, захороненного в осадочных толщах, с нефтью, подчеркивающую органическую связь нефтеобразования с литогенезом, предложил именовать осадочно-миграционной теорией нефтеобразования.