ОСНОВНЫЕ ГЕОХИМИЧЕСКИЕ ДОВОДЫ В ПОЛЬЗУ ОРГАНИЧЕСКОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ НЕФТИ
Органическое происхождение нефти и природного газа ныне признается подавляющим большинством ученых и практиков. Для обоснования этого положения могут быть приведены геологические, геохимические и химические доводы. Геологические доказательства органического происхождения нефти базируются на условиях залегания нефти и на закономерностях распространения их в земной коре. Отчасти эти условия проанализированы в предыдущих главах. Одним из доказательств органического происхождения нефти является то, что 99,9% известных скоплений нефти и газа приурочено к осадочным толщам. Другим доказательством служит неравномерность распространения скоплений нефти и газа в земной коре и преимущественная приуроченность их к определенным лито-лого-фациальным комплексам. Наконец, в качестве доказательства, как отмечают М. Ф. Мирчинк и А. А. Бакиров, можно рассматривать довольно частое нахождение скоплений нефти и газа в линзах проницаемых пород среди непроницаемых. Закономерности распространения скоплений нефти и газа в земной коре подробно рассматриваются в последующих главах.
Следует остановиться на химической аргументации в пользу органического происхождения нефти. Отмечается структурное сходство ряда органических соединений, обнаруженных в осадках, с углеводородами, составляющими основную массу нефти. Особенно близкое родство в структурном строении молекул, переходящее иногда в тождество, наблюдается между липоидами и некоторыми углеводородами нефтей. В составе легких ароматических углеводородов нефтей выдерживается следующее неравенство: ксилола больше, чем толуола, а толуола больше, чем бензола. При температуре примерно 700° С это соотношение меняется в обратную сторону. То же самое, но при более низких температурах, отмечается в соотношении в нефтях циклогексана и циклопентана и их простейших аналогов, Эти соотношения ясно показывают, что, нефти в процессе своего образования не могли испытывать действия высоких температур.
В качестве доказательства органического происхождения нефти следует рассматривать наличие в ее составе кислородных, азотистых и сернистых соединений явно биогенного происхождения. Большинство из этих соединений, как показали исследования В. И. Вернадского, Н. Д. Зелинского, С. С. Наметкина и других, несомненно связано с разложением органического вещества. По заключению В. И. Вернадского «нахождение хинолинового ядра в нефтях является не только необъяснимым, но и противоречит наиболее установленным фактам геохимии азота, если возникновение производных хинолина связывать с магмами. К тем же заключениям мы приходим при изучении и других элементов нефтей — серы, кислорода и фосфора».
Большой интерес представляют результаты исследования золы нефтей, которые получены благодаря трудам С. М. Катченкова, Д. И. Зульфугарлы и др. Сравнение средних и максимальных концентраций элементов в золе углей и нефтей показывает наличие общих закономерностей в накоплении редких элементов в них. Почти те же закономерности наблюдаются в живом веществе (В. И. Вернадский). •
Одним из доказательств в пользу теории органического происхождения нефтей является их оптическая активность. Полученные же в результате неорганического синтеза углеводороды или неф-теподобные продукты оптически неактивны.
Во многих нефтях, главным образом залегающих в относительно молодых породах, обнаружены жирные кислоты. Например, в бори-славской и японской нефтях обнаружены насыщенные жирные кислоты: миристиновая, стеариновая и арахиновая. Они представляют собой неизмененные остатки исходных растительных и животных жиров и масел.
Углеводороды, составляющие основу нефтей, обнаруживают признаки своей изначально биогенной природы. Особенно убедительны данные, основанные на изучении распределения н-алкинов (от С 2з ДО €34) в битуминозных компонентах рассеянного органического вещества и нефти (Дж. Купери и Э. Брей, 1963; Дж. Фи-липпи, 1965).
На генетическое родство нефтей*и органического вещества указывают изотопный состав углерода. Соотношение изотопов углерода в различных природных соединениях указывает на тяготение нефтей к органическим соединениям. Как показали работы С. Сильвер-мана и С. Эпштейна (1958), изотопный состав углерода нефтей близок к изотопному составу органического вещества пород, заключающих эти нефти (табл. 51).
Таблица 51
Отношение изотопов углерода в нефти и в органическом веществе пород (по С. Сильверману и С. Эпштейну)
Таблица 51 Отношение изотопов углерода в нефти и в органическом веществе пород (по С. Сильверману и С. Эпштейну) | |||
Вещество | Возраст | ее" | Примечание |
Сланец (экстракт). Калифорния Сборная нефть, Калифорния Сланцы грин-ривер, экстракт (юра) Продукты перегонки сланца грин-ривер | Плиоцен Плиоцен и миоцен Эоцен » | —22,3 —23 -30.5 -31,0 | Нормальные морские отложения То же Пресноводные отложения То же |
С. Сильверман и С. Эпштейн обратили вниманиена соответствие в изменениях 6С13 в организмах и нефтях с различными условиями залегания. Различие в величине 6С13 у морских и наземных организмов такое же, как у нефтей, которые по условиям залегания соответственно связаны с морскими и континентальными (но субаквальными) отложениями. В нефтях в сравнении с соответствующими организмами (морскими или пресноводными) наблюдается весьма незначительное облегчение изотопного состава углерода. Это может быть обусловлено либо изотопным фракционированием в процессе превращения органического вещества, либо преобразованием в углеводороды не всей массы органического вещества, а лишь некоторой его части, относительно обогащенной легким изотопом углерода С12 (липоидная часть).
Изучение изотопных соотношений серы в нефтях, газах и битумах также указывает в большинстве случаев на тесную генетическую связь этих веществ с вмещающими их отложениями.
X. Г. Тод изучил изотопный состав серы нефтей и газов на огромных пространствах США и Канады. В одновозрастных отложениях изотопный состав серы в нефтях различных месторождений оказался исключительно близким. Так, в нефтях силура и ордовика в США (Техас) в среднем 6S34 = 7,6°/оо, та же величина для месторождения Канады составляет 8,4°/д9. Для нефтей девона эта величина колеблется в пределах от 10,1 до 15,5°/оо, для миссисипских нефтей — от 1,3 до 6,8°/оо, для нижнемеловых — от 5,7 до 7,5°/цд и, наконец, для верхнемеловых нефтей от —1,0 до —5,2°/ оо-
В узких стратиграфических интервалах наблюдается большое сходство изотопных соотношений в сере. Такая выдержанность в изотопном составе серы наблюдается, например, для нефтей карбона Волго-Уральской области, в месторождениях, расположенных в разных тектонических зонах. . ,
Большинство исследователей серу, находящуюся в нефти, связывало с последней генетически, лишь в отдельных случаях допуская возможность осернения нефтей. Если этот тезис справедлив, то приведенные данные по изотопному составу серы являются одним из наиболее ярких доказательств органического происхождения нефти. Удивительное постоянство изотопного состава серы в нефтях из одновозрастных горизонтов на огромных территориях при одновременно существенном различии по разрезу говорит о наличии единого, широко распространенного для данного времени источника серы. В то же время исключается наличие локального источника серы, связанной с нефтью, который мог бы обеспечить ее распространение по разрезу. Наблюдающаяся по разрезу дифференциация изотопного состава серы нефтей не может быть объяснена процессами фракционирования при вертикальной миграции нефти. В палеогео-логической обстановке земной коры можно представить себе только один источник серы с одинаковым изотопным составом, охватывающий огромные территории, — это сульфаты морских бассейнов. По X. Г. Тоду в открытых морях изотопный состав серы вследствие огромных ее запасов может изменяться во времени, лишь в незначительной степени под влиянием биологического фактора. В замкнутых бассейнах возможно более энергичное фракционирование за счет бактериальной деятельности.
Напомним, что по существу к тем же выводам пришли С. Сильверман и С. Эпштейн по отношению к изотопам углерода. Интересные данные получены в лаборатории ВНИГНИ. В общем по стратиграфическому разрезу наблюдается довольно закономерное облегчение изотопного состава серы нефтей от кембрия до эоцена (табл. 52),
Следует коротко остановиться на экспериментальных данных по получению нефти искусственным путем. В 1927—1931 гг. академику Н. Д. Зелинскому при температуре примерно 200° С под действием хлористого алюминия на холестерин, пальмитиновую, олеиновую и стеариновую кислоты, пчелиный воск, абиетиновую кислоту, бутелин и каучук удалось получить продукты, похожие по внешнему
Таблица 52
Изотопный состав серы нефтей разного возраста и сульфатов из одновозрастных пород, о/дд
Возраст | Сульфаты эвапори-тов' | Нефти США и Канады3 | Нефти СССР3 | |||
количество образцов | es3* | количество образцов | 68" | количество образцов | es3* | |
Эоцен ....... | 20,36 19.0 17,11 15,5 13,1 9,8 14,1 20,4 24,2 23,8 27,1 14,5 | - - - - 5 10 22 4 - - | - - 0,7 - - 1,8 3,54 13,4 8,7 6,6 - - | - | —2,2 -4,3 2,2 —6,4 2,0 -2,25 3,9 8,2 6,6 6,6 25,6 - | |
Палеоцен ..... | ||||||
Мел ........ | ||||||
Юра ........ | ||||||
Триас ....... | ||||||
Пермь ....... | ||||||
Карбои ...... | ||||||
Девон ....... | ||||||
Силур ....... | ||||||
Ордовик ...... | ||||||
Кембрий ...... | ||||||
Докембрий ..... | ||||||
' По данным Тода и Монстера (1963).