НЕОРГАНИЧЕСКИЕ (АБИОГЕННЫЕ) ГИПОТЕЗЫ ПРОИСХОЖДЕНИЯ НЕФТИ

В последнее время вновь возродилась гипотеза абиогенного про­исхождения нефти. В США ее предложили Е. Мак-Дермот (1939), Р. Робинсон (1963), но она вызвала резкий протест со стороны гео­логов-нефтяников. В Советском Союзе ее стали развивать с 1950-х го­дов геологи Н. А. Кудрявцев (1951), П. Н. Кропоткин (1955), В. Б. Порфирьев и другие.

Возрождение гипотезы абиогенного происхождения нефти вызвано крупными достижениями науки в области планетарной космогонии и геологии за последние 20—30 лет.

В планетарной космогонии радикально изменилось представление о начальном состоянии планетного вещества. Спектральные наблюдения показали, что атмосфера планет-гигантов — Юпитера, Сатурна, Урана, Нептуна — в основном состоит из метана, а первых двух планет из метана и аммиака. По данным Спинрада и Л. Трефтона (1964) в надоблачной части атмосферы Юпитера предположительно содержится 60% водорода, 36% гелия, 3% неона и 1% метана и аммиака.

Молекулы СН, CN, а также Cg наблюдаются в спектрах относи­тельно холодных звезд. В газопылевой среде, заполняющей все звездное пространство, открыты радикалы GH и CN. В кометах выявлено присутствие молекул Cg, Сд, CN, СН, ОН, NH, NHg, СО, Ng. На планетах земной группы (исключая Землю) установлено присутствие только одной углеродсодержащей молекулы, а именно углекислоты, играющей второстепенную роль в атмосфере .Земли, но являющейся основной составной частью Венеры, Марса, и, по-видимому, Меркурия. Во всех без исключения метеоритах выявлены простейшие органические соединения. Газы, выделяющиеся при прокаливании метеоритов, содержат COg, СО, СН^, Нд, H^S и 80з.

Как показали исследования Г. П. Вдовыкина, проведенные под руководством А. П. Виноградова (1962—1965) методом люминесцент­ного анализа экстрактов в углистых метеоритах (углистых хондри-тах), при холодном экстрагировании присутствуют масла, нейтраль­ные и кислые смолы и гуминовые компоненты. Исследования же квазилинейчатых спектров флюоресценции позволили установить присутствие многоядерных углеводородов. Аминокислоты в метеорите Оргей выявлены Е. Андерсом, Е. Дюфрен, Р. Хаянц, А. Кавалье, Ф. Фитчером (1963); содержание же ванадиевого порфирина устано­влено Ж. Ходжсон и Е. Бейкер (1964). Все эти данные остались под сомнением, так как в метеоритах возможно было земное загряз­нение. Но исследования газовых элементов, удерживаемых внутри минеральных зерен, при которых эти сомнения должны отпасть, показали присутствие многих элементов и молекул, среди которых наблюдалось присутствие Hg, СЩ, Ng, CgHg, СдНд, CoHsCHg, CgHgCaHg, С(,Н4(СНз)г, CeH^CHg)^, СвН4(С2Нд)2 и др.; эти данные были доложены на Химическом конгрессе в Москве в 1965 г. X. Студ-пер, Р. Хаянц, Е. Андерс.

Новые данные показали, что в составе газов космоса довольно широко распространены водород, углерод, азот и другие элементы.

Геологи, развивавшие неорганическую теорию происхождения нефти, останавливались на гипотезе О. Ю. Шмидта (1944), который доказывал, что планеты, в том числе и Земля, образовались путем постепенной аккумуляции веществ в основном протопланетного облака. Большое значение также придавалось положениям о глубин­ных разломах, получившим развитие после работ А. В. Пейве (1945).

Эти новые космические и геологические идеи послужили матери­алом для возрождения идей абиогенного синтеза нефти._ •

Предлагаемые гипотезы неорганического происхождения нефти можно разбить на две группы. Взгляды первой группы иссле­дователей излагаются Н. А. Кудрявцевым. Н. А. Кудрявцев (1954) выдвинул гипотезу образования углеводородов в глуби­нах земли. По его предположению из углерода и водорода, име­ющихся в магме, образуются углеводородные радикалы СН, СН^, СН.з, которые, как и свободный водород, выделяются из магмы или подкорового вещества и служат материалом для образования нефти в более холодных зонах земной коры (1966). По мнению Н. А. Куд­рявцева, глубинные разломы «служат путями для подъема из ман-чип Земли в осадочную ее оболочку не только нефти, но и различных газов и паров, из которых по мере перемещения их в зоны с невысокой температурой образуются ювенильные воды, в той или иной степени насыщенные солями . . . Ювенильные воды, поднявшись в осадоч­ную толщу, смешиваются с ископаемыми морскими и подземными морскими и подземными водами атмосферного происхождения и об­разуют различные типы подземных вод, в частности воды нефтя­ных месторождений и грязевых вулканов» (1963).

Вторая группа исследователей предполагает, что сложные угле­водороды, попавшие из космоса в недра земли, претерпевают лишь умеренные химические преобразования, превращающие их в нефть, которая в дальнейшем поднимается к поверхности и образует залежи в земной коре.

Так, В. Б. Порфирьев (1966) пишет: «Нефть поступала с глубины не в форме углеводородных радикалов и низкомолекулярных соеди­нений. а со всеми свойствами, присущими естественной нефти в отно­шении высокомолекулярных соединении и асфальтово-смолистого комплекса. Флюиды поднимались в высоко нагретом состоянии и под колоссальным давлением, обусловливающим эффект, аналогичный гидравлическому разрыву пластов и проникновению в пористые пласты, занятые водой . . . Таким путем образовались все нефтяные месторождения. Где и на каких глубинах находилась нефть до ее миграции, остается неясным. Несомненно только одно — в подкоро-вых зонах. Все соображения об условиях ее залегания и устойчи­вости в условиях температуры порядка 1000° С и высоких давлений могут иметь только гипотетический: характер . . . Движение нефти по полостям разломов проходило под огромным давлением, и про­никновение нефтяных флюидов в породы-коллекторы, прилегающие к разломам, имело характер импрегнации, сопровождаясь явле­ниями гидравлического разрыва. . . История восстановленных вод нефтяного типа аналогична истории нефти — они имеют глубинную природу».

Остановимся кратко на некоторых основных положениях гипо­тезы неорганического происхождения нефти.

1. Обе группы гипотез основаны главным образом на новых ; анных планетарной космогонии, которые еще требуют проверки.

Не рассмотрены возможные процессы образования углеводородов в магме, осевших вместе с протопланетным материалом. Поэтому Н. А. Кудрявцев (1966, 1967) предположил, что все органпчески& соединения в магме разлагаются на углерод и водород, которые в дальнейшем образуют радикалы СН, CHg, CHg и уже в земной коре (по выходе из магмы) под влиянием процессов полимеризации и син­теза образуют углеводороды нефтяного ряда. Углеводородов нефтя­ного ряда много, и как протекает процесс их образования остается неясным. По-видимому, чтобы избежать проблемы состояния угле­водородов в магме В. Б. Порфирьев (1966, 1967) предположил, что-они почти не изменяются в магме, всплывают к ее кровле в сильно" нагретом состоянии и под колоссальным давлением, первично ска­пливаясь в подкоровых зонах.

Следовательно, цикл образования первичнойнефти у обоихавторов остается необоснованным.

В. Б. Порфирьев (1960), ссылаясь на работы астронома Ф. Хойля, указывает на наличие на Венере морей, состоящих из углеводородов. Следует отметить, что Ф. Хойль не доказывал, а лишь предполагал такую возможность на Венере. В последние годы поверхность Венеры и ее атмосфера изучались самыми различными методами: спектраль­ными, радиолокации, радиоизлучения и т. д.

Особенно интересные данные получены Советской межпланетной станцией «Венера-4», опустившейся на поверхность этой планеты 18 октября 1967 г. Температура у поверхности Венеры составляет около 280° С, давление 15—22 am (земные). Атмосфера планеты на 90—95% состоит из COg. Кроме того, в ней содержится кислорода 0,4%, воды вместе с кислородом не более 1,6%, азота не обнаружено. Планета покрыта слоем облаков из пыли мощностью до 30 км. По­верхность планеты представляет собой огромную горячую пустыню, на которой непрерывно бушуют пыльные бури.

Из многих метеоритов путем экстрагирования извлекаются би-т^мы. Детальные исследования таких битумов из большого числа метеоритов произвели И. Карлан, Е. Дегенс, Дж. Рейтер (1964). В битумах метеоритов обнаружены углеводороды алифатического" и ароматического рядов, аминокислоты и глюкоза. Таким образом^ следует признать астрофизическим фактом наличие в космосе орга­нических молекул химического (неорганического) происхождения. Однако связь этих органических соединенийс залежами нефти:

и газа в земной коре нуждается в обосновании.

В современных вулканических газах присутствуют горючие газы. Надо подчеркнуть, что содержание метана в газах вулканов крайне ничтожно даже в тех случаях, когда он обнаруживается (примерно 0,004%). Образование метана в связи с лавами лишь допускается. Фактически обнаруживаемый в вулканических газах метан может быть генетически связан с осадочной толщей. Он мо­жет возникнуть из органического вещества осадочных пород под воздействием высокой температуры лавы при прорыве ею осадоч­ных толщ.

Критикуя взгляды Н. А. Кудрявцева, В. Г. Васильев (1964) отмечает: «Для объяснения приуроченности крупных скоплений нефти, например к центральным районам Западно-Сибирской низ­менности или к таким районам Урало-Поволжья, как Татарский свод, Н. А. Кудрявцев, по-первых, должен, видимо, найти механизм дросселирования огромных давлений глубинных газов, растворенных в магме; во-вторых, найти механизм разделения нефти и газа на больших глубинах в зоне глубинных разломов, при котором нефть и газ поступали бы в коллекторские породы, а магматические рас-ллавы и типично вулканические газы, как правило, содержащие большое количество сернистых соединений, удерживались бы на •какой-то глубине. Однако в районах нефтяных и газовых месторожде­ний составы природных газов не имеют ничего общего с вулканиче­скими; в этих районах также нет и следов воздействия вулканических газов на вмещающие осадочные породы. Получается, что в магме должен происходить такой специфический процесс, при котором растворенные в ней газы в процессе нефтеобразования по непонят­ным причинам не должны проявлять себя». .

2. Возможный синтез углеводородов неорганическим путем дока­зывается рядом простейших химических экспериментов, проведен­ных еще в прошлом столетии. Однако они не соответствуют условиям, которые могли наблюдаться на земле в какую-либо из стадий ее развития. Термодинамический анализ условий магматического рас­плава при внедрении его "в осадочную оболочку (М. Ф. Двали и П. Ф. Андреев) свидетельствует о том, что возникновение и суще­ствование каких-либо углеводородов более сложных, чем метан, невозможно.

3. В качестве одного из основных доказательств неорганического происхождения нефти П. А. Кудрявцев рассматривает наличие нефти или ее признаков в изверженных и метаморфических породах. В его работах проанализирован обширный материал. Н. А. Кудряв­цев стремится показать, что в рассматриваемых им случаях нефть не могла попасть в изверженные и метаморфические породы из оса­дочного комплекса отложений. Действительно, известно около 30 про­мышленных иди полупромышленных залежей нефти, приуроченных к изверженным и метаморфическим породам; кроме того, имеется упоминание более чем о 200 случаях минералогических включений углеводородов в изверженных или метаморфических породах.

Случаи, приводимые Н. А. Кудрявцевым, критически рассмот­рены М. Ф. Двали, П. Ф. Андреевым, А. А. Бакировым, М. К. Ка-линко и многими другими.

Анализ геологических условий нахождения таких залежей нефти или проявлений углеводородов в связи с изверженными и метамор­фическими породами (там, где он может быть проведен при наличии достаточного фактического материала) с несомненностью устанавли­вает связь их образования с осадочной толщей или допускает такую возможность. Только около 30 месторождений нефти (более чем из 10 000) может привлекаться сторонниками неорганического синтеза как доказательство своих взглядов, да и то в большинстве этих случаев легко допустимо проникновение нефти в изверженные и ме­таморфические породы из осадочных пород.

4. Тесно связано с предыдущим положением утверждение сторон­ников неорганического происхождения нефти того, что нефть обя­зательно насыщает весь разрез в нефтегазоносном бассейне от самого верхнего встреченного продуктивного горизонта до пород фунда­мента включительно. В нефтеносных районах, действительно, диа­пазон нефтеносности очень широк и часто охватывает разрез от пород фундамента до четвертичных отложений включительно. Но при этом никогда не наблюдается непрерывной нефтеносности разреза. Она связана лишь с определенными толщами. Эти же толщи нефте­носны на обширных территориях, охватывающих крупные тектони­ческие единицы земной коры. В то же время промежуточные толщи оказываются пустыми, несмотря на наличие в них условий, бла­гоприятных для образования скоплений, и на приуроченность их к тем тектоническим разломам земной коры, по которым, по мы­сли П. Н. Кропоткина, углеводороды проникали из глубоких недр земли.

Эта особенность может быть прослежена не только в каждом нефтегазоносном районе но и в земной коре в целом. Неравномер­ность размещения добычи и запасов нефти и газа по возрасту отло­жений вряд ли можно объяснить с позиций неорганического проис­хождения нефти. Вместе с тем отмеченные особенности размещения залежей нефти и газа как по разрезу, так и по возрасту могут объ­ясняться периодичностью возникновения условий, благоприятных для образования нефти и газа.

5. Региональная приуроченность скоплений нефти и газа к зо­нам разломов в земной коре использовалась как довод П. Н. Кро­поткиным и В. Б. Порфирьевым. В 1963 г. вышла монография Н. А. Кудрявцева, посвященная этому вопросу. Отдавая должное тщательности исследований, проведенных Н. А. Кудрявцевым, ни­как нельзя согласиться с его основными выводами о глубинных разломах как проводниках нефти и газа из глубоких недр земного шара к верхним слоям земной коры.

О характере разломов в фундаменте в нефтегазоносных районах до сих пор известно очень мало. Приуроченность некоторых типов залежей нефти и газа к разрывам в осадочной толще рассмотрена в гл. VII. Глубинные разломы влияют на распределение фаций отложений, в том числе фаций, благоприятных для нефтегазообразо-вания, а приуроченность многих нефтяных и газовых месторождений к зонам глубоких разломов и грабенам в земной коре объясняется прежде всего благоприятными условиями для формирования скопле­ний в таких зонах-

Напомним о своеобразном распределении аномалийных давлений в районах развития тектонически экранированных залежей и усло­виях их существования. Аномалийные давления могут возникать лишь при надежной изоляции залежей от остальных частей резер­вуара, т. е. они возникают там, где не может быть перемещений нефти и газа по разрывам. Если количество залежей с аномалий-ными давлениями на глубинах свыше 2000 м увеличивается, это ука­зывает на ухудшение возможностей миграции нефти и газа по тре­щинам на этих глубинах. Следует считаться с замыканием трещин на значительных глубинах и малой вероятностью миграции по ним газа, нефти и воды. Всестороннее давление в земной коре возрастает пропорционально глубине. Уже на глубинах 20 км оно превышает 5000 am. Как известно, при больших всесторонних давлениях все материалы, в том числе и породы, приобретают пластичность и по своим свойствам напоминают жидкость. Вряд ли кто-либо серьезно может рассматривать глубинные разломыкак открытые трещины, проникающие в мантию земного шара.

За последние годы проведено много работ с целью выявления за­кономерностей формирования нефтяных и газовых месторождений в различных нефтегазоносных регионах. Многие исследователи об­ращали внимание на связь нефтеносности с крупными разрыв­ными нарушениями. В работе Н. А. Крылова (1966) отмечается, что в зонах с крупными разломами поисковые работы на нефть и газ в мезозойских отложениях эпигерцинской платформы юга СССР дали отрицательные результаты. Поэтому автор пришел к выводу, что крупные разломы нельзя считать положительным признаком при оценке перспектив нефтегазоносности. Таким образом, не уста­навливается прямой связи глубинных разломов с нефтегазоносностью разреза осадочных отложений.

Географическое размещение более чем 10 000 известных ныне нефтяных и газовых месторождений и многих тысяч естественных нефтегазопроявлений несомненно указывает на их приуроченность к осадочным бассейнам, в том числе и к зонам разломов, если таковые в этих бассейнах наблюдаются. П. Н. Кропоткин считает, что если бы нефть и газ были органического происхождения, то крупне1"1шие и наиболее концентрированные скопления биогенного органического материала (месторождения горючих сланцев, каменноугольные бас­сейны) сопровождались бы месторождениями нефти и газа. По его мнению, такого явления в природе не наблюдается. Ученые давно отмечали парагенезис полезных ископаемых угольного и битумного ряда (Д. Уайт в США, К. Крэг в Англии и И. М. Губкин в СССР), но объясняли явление по-разному. Д. Уайт, подобно М. В. Ломоно­сову, видел связь этих полезных ископаемых в образовании битумов из углей путем перегонки. К. Крэг объяснял парагенезис, единством исходного материала; И. М. Губкин указывал на переход одной фациальнои обстановки в другую.

И. О. Брод и автор настоящей книги подчеркивали разницу в условиях накопления исходного материала (гомогенная и рас­сеянная формы) и сохранения образовавшихся подвижных веществ. Н. Б. Вассоевич отмечает, что рассеянной органики в породах в 1000 раз больше, чем угля и нефти вместе взятых. По его подсче­там в стратисфере содержится 10¹³ т микронефти, что на два порядка выше, чем содержание нефти. Примерно такие же данные (6-Ю¹³) опубликованы Дж. Хантом (1961).

6. В. Б. Порфирьев (1966) пришел к выводу, что все известные на земле нефтяные месторождения образовались недавно, в проме­жутке времени от миоцена до четвертичного периода. Почему нефть. начала мигрировать к земной поверхности именно в миоцене? Ко­нечно, такой подход к проблеме не может быть признан верным. В природе, действительно, существуют залежи, формирование ко­торых происходило в относительно недавнее время, но существуют и залежи более ранние, время формирования которых может быть легко определено. Нельзя в качестве доказательства поздней мигра­ции признавать только наличие «закированных» галек; этот вопрос должен решатьсяна основании совокупности различных, главным образом геологических факторов. В частности, в этом отношении весьма показательными могут быть условия формирования страти­графически и тектонически экранированных залежей.

Следует указать еще на одно обстоятельство, подчеркнутое' В. П. Савченко и необъяснимое с позиции неорганического проис­хождения нефти. В. П. Савченко разработал применение гелиевого. метода для определения условного возраста нефтей и природных газов. Проведенные расчеты показали, что в большинстве случаев возраст нефтей и природных газов в общем соответствует возрасту вмещающих пород.

Н. А. Кудрявцев признаком наличия глубинных разломов в ряде-нефтегазоносных (районов) бассейнов считает присутствие в них грязевых вулканов. Он полагает, что газы, выделяемые ими, имеют глубинное происхождение, так как в них присутствуют СО и Н^ в долях процента. При этом он ссылается на анализы, приведенные С. А. Ковалевским. Заключение лаборатории, выполнявшей анализы,. отличается от выводов С. А. Ковалевского и Н. А. Кудрявцева. Л. Потоловский и В. Буйницкая в 1935 г. писали: «Резюмируя нашу работу, необходимо отметить почти полное отсутствие в иссле­дованных нами образцах газов водорода и окиси углерода. Получив­шиеся в некоторых случаях величины порядка 0,1—0,2% можно отнести за счет погрешности газоаналитического метода . . . Вообще-можно считать, что свободный водород, окись углерода и непре­дельные углеводороды в природных газах Азербайджана отсут­ствуют»

Ф. Г. Дадашев (1965) на основании данных всех анализов, нако­пленных за предыдущие годы, делает вывод: «Газы грязевых вулканов относятся к газам биогенного происхождения. По своему составу они значительно отличаются от газовых выделений магматических вулканов и газов, окклюдированных изверженными горными поро­дами. Абсолютный возраст газов грязевых вулканов Азербайджана, определенный гелий-аргоновым методом, и исследования отношения процентного содержания нормальных бутана и пентана к их изоме­рам показали, что стратиграфическая приуроченность газа подавля­ющего числа грязевых вулканов не выходит за пределы третичных отложений».

Как отмечалось выше, теоретически можно допустить образова­ние углеводородов неорганическим путем. Однако остается неясным, возможно ли образование за счет этих углеводородов нефти как весьма сложной системы органических соединений. Отмечены опре­деленные закономерности в изменении состава нефтей в земной коре в зависимости от глубины залегания и от возраста. В соответствии с глубинной схемой образования нефти по мере увеличения глубины нахождения залежей, т. е. по мере приближения к источнику их образования степень превращенности нефтей, их метанизация должны уменьшаться. В действительности же наблюдается обратная картина. В последующих главах рассматриваются закономерности в распро­странении залежей нефти и газа в земной коре и закономерности свойств находящихся в них нефтей с позиции органического проис­хождения нефти. Для обоснования неорганической схемы образова­ния нефти необходимо объяснить установленные закономерности и геохимические условия возникновения нефти.