А каково отношение к этой гипотезе?
Откуда же она взялась?
К вопросу о пр оисхождении нефти
Владимир КРИВИЦКИЙ,
кандидат геолого-минералогических наук
Совершенствование знаний о геологическом строении Земли, о ее эволюции естественным образом отражается на развитии идей, связанных с теорией происхождения тех или иных полезных ископаемых. Это относится и к нефти.
На протяжении десятилетий в науке сохраняется парадоксальная ситуация: наличие и противостояние двух концепций происхождения нефти - биогенного и абиогенного. Следует отметить, что теория осадочного происхождения достаточно полно и аргументировано отражает весь практический и эмпирический материал по данной проблеме и считается основной, на которую опирается практическая нефтегазовая геология и по которой сделаны важнейшие обобщения. Например, близость состава и строения нефтей всего мира, их единая внутренняя организация и элементный состав. Очевидно, что живое вещество и нефть объединяют две особенности: первая - неразрывная связь между эволюцией и распространением живого вещества в геологической истории Земли и процессом нефтеобразования; вторая - поддержание интенсивного обмена вещества и энергии с окружающей средой.
Чем же вызвано то обстоятельство, что столь разработанная теория происхождения нефти имеет альтернативную гипотезу абиогенного происхождения? Суть проблемы кроется в том, что по уровню термодинамического потенциала нефть занимает особое положение в природе и что в земной коре более не существует подобного исходного вещества. Это - главный аргумент абиогенной гипотезы.
Другой, не менее важный, состоит в том, что генерации углеводородов из органического вещества при низких температурах маловероятны. Действительно, органическое вещество содержит все те структуры и химические элементы, из которых слагается нефть, но не следует забывать, что это - лишь кажущееся единство. Превращение же органического вещества в нефть нуждается в постоянном источнике энергии, так как процесс образования углеводородов эндотермический. Для термодинамического же закономерно, что при температуре 450-500°С идут одни процессы, при 100°С - уже другие, и для экстраполяции скорости распада органического вещества в таких условиях нет никаких теоретических оснований.
Трудности в понимании процесса образования нефтей вызваны еще и тем, что их генезис рассматривается на уровне классической термодинамики, когда не в полной мере учитываются условия протекания реакций, а сам процесс ассоциируется с разрушением ранее созданных структур. В настоящее время установлено, что существует другая макроскопическая область, в которой (в рамках термодинамики) структуры могут возникать самопроизвольно. Для этого необходим постоянный или периодический источник энергии и вещества, поступающего в область, где происходят химические реакции.
Естественно встает вопрос: каким образом объединить множество достоверных фактов биогенного и абиогенного происхождения? Где искать природу этого планетарного процесса и как контролировать потоки вещества и энергии? Каким образом объяснить также причины закономерностей при распределении нефтей во ,времени и пространстве?
Но самый главный вопрос, который встал сейчас перед геологией, -это вопрос о едином источнике энергии и вещества. Ибо "холодная модель" образования Земли, на которой построена вся современная геология, такого источника не имеет.
Накопленный ныне обширный материал по геохимической эволюции Земли дает основания принять выдвинутую ранее гипотезу академика В.А. Амбарцумяна, суть которой в следующем: планеты Солнечной системы начали свое существование как объекты звездной природы, в недрах которых сохранились остатки сверхплотного "до-звездного" вещества. На современном этапе Земля представлена продуктами его распада, составляющими центральную часть ядра планеты. Процессы распада и дезинтеграции "дозвездного" вещества протекают вследствие ядерно-молекулярной диссоциации ядра планеты с образованием различных химических элементов и их соединений.
В результате всего этого в литосферу Земли выбрасывается огромное количество газовых флюидов, в составе которых преобладают Н, Н2Не, СН4, СО2. В последнее время было доказано, что самые плотные потоки глубинных газов из земной коры поступают из молодых сооружений, рифовых зон океанов и континентов, из зон перехода материков к океанам, т.е. из тех мест, где горные породы испытывают наибольшие растягивающие деформации.
Преобладающими газами во флюидных потоках являются протий и молекулярный водород. Интегральная величина разгрузки последнего из различных структурных зон Земли составляет 6,084x1012 г в год. Такой интенсивный поток не может проистекать, не реагируя с углеводородом, находящимся в осадочной оболочке Земли, а также кислородом и другими элементами. Поэтому именно глубинные потоки водорода и углерода создают постоянно обновляющуюся гидро- и углеводородную сферу в земной коре.
Опираясь на приведенные факты, можно развить известную теорию осадочно-миграционного образования нефти посредством предлагаемой здесь гипотезы.
Нефть и углеводороды в земной коре образуются из органических веществ (OB) - керогена и битумоидов, - которые являются зародышами процесса нефтеобразования под воздействием потоков протия и водорода. Катализаторами процесса выступают вмещающие породы (в основном глины и некоторые металлы типа Ni, Pt). Другими словами, нефть и углеводороды возникают в осадочной оболочке Земли в процессе геогидрокрекинга, а основная реакция образующего их процесса - протонирование; для геологических масштабов -это геопротонирование органического вещества и нефтематеринских пород. Указанные реакции происходят как в равновесных, так и неравновесных условиях в процессе самоорганизации вещества. Процесс этот протекает в нелинейных условиях на основе перехода беспорядок-порядок вследствие потери устойчивости, ибо поток переносимой флюидами энергии, диффузные потоки массопереноса, пластовое давление, температура, объемы резервуаров имеют переменные значения. Данные параметры тесно связаны с региональной геотектоникой, скоростью осадконакопления, фракциями и геологическим временем. Процесс образования нефтей в результате гидрокрекинга и геопротонирования протекает по определенной схеме.
Отметим главные геолого-химические и химические особенности и роль каждого вещества в процессе нефтеобразования.
1. ЗАРОДЫШИ: ОВ, КЕРОГЕН. Основная функция, которую выполняет органическое вещество, -это функция зародышей нефтеобразования в неравновесных термодинамических процессах. ОВ -зародышевые структуры, созданные живым веществом в биосфере под воздействием солнечной энергии, являющейся поставщиком углерода и первичных реликтовых структур. На их основе и под воздействием эндогенных потоков вещества и энергии идет образование углеводородов, а также преобразование на природных катализаторах органического вещества. Накопленный фактический материал подтверждает, что состав нефти в определенной степени контролируется составом органического вещества материнских пород. Подтверждающим примером роли органического вещества как зародыша нефтеобразования является, по-видимому, его способность передавать нефтям в процессе геогидрокрекинга и геопротонирования свои оптические свойства. Другим фактом в пользу того, что органическое вещество является зародышем нефтеобразования, является следующий, установленный во всех регионах мира, а именно: залежи нефти приурочены к комплексам отложений с повышенным содержанием органического углерода; при отсутствии же такового нет и нефтеобразования.
Доказательством особой роли органического вещества служит теория микронефти; она показывает, что существование в земной коре капельножидкой нефти и сходной с ней, но резко преобладающей дисперсной микронефти, может служить подтверждением наличия единого, постоянно протекающего, нефтепроизводящего процесса геопротонирования органического вещества, в какой бы форме рассеивания оно ни находилось, так как протий и водород обладают уникальной способностью распространяться в любой среде.
2. КАТАЛИЗАТОРЫ: ГЛИНЫ, МЕТАЛЛЫ. Если принять гипотезу геогидрокрекинга и геопротонирования органического вещества и керогена, то становится понятной и роль глины в процессе нефтеобразования. Уже давно отмечена прямая корреляция между качеством нефти некоторых месторождений и свойствами нефтематеринских глин: чем более активна глина, тем благороднее нефть, тем больше в ней парафинов. Экспериментально подтверждено, что природная глина может катализировать нефтеобразование. То есть отмечается прямая зависимость запасов нефти в отложениях разного возраста от содержания в них разбухающих глин. С другой стороны, свойство нефтей коррелируется со степенью измененности глин, в частности, их уплотненности(арге-литов).
Приведенные факты можно интерпретировать как влияние глин-катализаторов через свои активные поверхностные центры на процесс геогидрокрекинга.
Часть этих центров является кислотными за счет протонирования или расщепления Н,О диссоциа-тивной адсорбцией на ионе AI,O3. Избыточное количество протонов может, в свою очередь, создать протонодонорный центр, повышающий кислотность катализатора, а значит, и сам ход гидрокрекинга. Экспериментально доказано, что кислотная функция глин, осуществляемая протием, катализирует изомеризацию и гидрокрекинг прокарбоний-ионным механизмом. Отмечено также, что к увеличению кислотности катализатора и его активности по отношению к скелетной изомеризации и гидрокрекингу приводит увеличение в глинах содержания CI и F.
Процессы геопротонирования в нефтеобразовании и роль катализатора в нем могут служить косвенным объяснением существования тяжелых сернистых нефтей в карбонатах. Причина явления скрыта в следующем: если нефтематеринскими породами являются глины со своими кислотно активными центрами, то процесс гидрообессеривания развивается очень интенсивно, он приводит к удалению серы из органического вещества, превращая ее в H2S и углеводородные продукты. В карбонатах же роль активного центра в большей степени играют переходные металлы, и геогидрокрекинг идет, вероятно, через центры гидрогенизации, а это, в свою очередь, не способствует процессу гидрообессеривания.
3. ЭНЕРГОМАССОНОСИТЕЛИ: ПРОТИЙ И ВОДОРОД. За последние годы в понимании процесса происхождения нефти и газа все большая роль отводится эндогенным факторам. То есть флюиды, поднимающиеся из глубин Земли, осуществляют энергомассоперенос и являются источником обеспечения нефтеобразования в главной фазе.
Обладая исключительной способностью к диффузии и самой высокой теплоемкостью в расчете на единицу массы, протий и водороде успехом выполняют роль основного энергомассоносителя. Сами потоки - избирательны и осуществляются по прогретым зонам земной коры. В случае, если протий и водород попадают на дневную поверхность планеты, они диссипируют в космическое пространство.
Если же древние разломы и рифтовые системы перекрыты осадочным чехлом, то протий и водород совместно с СН4 наполняют пласты газами, иногда до аномально высоких давлений, и возбуждают длительный процесс геопротонирования.
Другой очень важный процесс, который контролируется геопротонированием, - это первичная миграция нефти. Протонирование органического вещества создает условия для возникновения дискретной и непрерывной газонефтяной фазы, не требующей течения воды как движущей силы миграции. На протяжении геологического времени постоянно действующая "протий-водородная продувка" нефтематеринских пластов приводит к миграции сначала микронефти, а затем ее капелек до пород коллекторов. При этом сам процесс геопротонирования приводит в движение битумоиды и углеводороды через разжижение и образование более легких углеводородов. Указанный процесс объясняет тот факт, что в подавляющем большинстве многопластовых месторождений мира господствует определенная закономерность изменения нефтей от залежи к залежи - вниз по разрезу уменьшается плотность содержащихся нафтеновых углеводородов, асфальто-смолистых компонентов и усиливаются значимость метановых углеводородов и содержание парафинов.
Одним из примеров, подтверждающих роль водорода в нефтеобразовании, являются количественные показатели содержания сорбированного водорода в нефтематеринских породах различных регионов. Так, установлено, что в Прикаспийской впадине содержание Н2 - 20 см3/кг; на Тимано-Печорской нефтегазовой площади -до 400 см3/кг. Самое низкое содержание - до 1 см3/кг - отмечено в Московской синеклизе. Как известно, все попытки найти нефть в указанной структуре были неудачными. Напрашивается вывод: в данной структуре не было потоков водорода, и, следовательно, не было процесса нефтеобразования.
4. ПРОДУКТ: НЕФТЬ, ГАЗ, КОНДЕНСАТ. Предполагаемая гипотеза дает ответы на ряд вопросов, связанных с изменением качества нефтей от фациальных условий и времени их образования. Более образно это можно проследить, условно разделив процесс нефтеобразования на четыре мегацикла: раннепалеозойский, средне-позд-не-палеозойский, мезозойский и кайнозойский. По усредненным данным, плотность нефтей последних трех соответственно составляет: 0,842, 0,875 и 0,886 г/см3; выход бензиновой фракции соответственно 19, 21 и 26%; содержание твердого парафина - соответственно 1,9, 3,1 и 4,1%. Приведенные данные свидетельствуют, что чем древнее нефти, тем больше они подвергались процессу геопротонирования и тем легче стала их удельная плотность, выше подвижность.
В каждом мегацикле к тому же наблюдается ступенчатый характер изменения изотопного состава серы. Если в начале каждого из них нефти обогащены тяжелой серой, то в конце - относительно обеднены. Причина этого, вероятно, заключается в итоговом результате реакции гидрообессеривания нефтей в процессе геопротонирования.
В заключение выделим некоторые особенности нефтегазоносности в различных стратиграфических комплексах и их связь с типом и возрастом фундаментов. Частота распределения залежей нефти во впадинах платформенного типа зависит от возрастов впадин и их складчатого фундамента. Так, в нижнепалеозойских внутриплатформенных впадинах, как правило, встречаются небольшие залежи нефти. В верхнепалеозойских, расположенных на докембрийском складчатом основании, эти залежи присутствуют всегда или почти всегда. Мезозойские исключительно богаты углеводородами на докембрийском фундаменте.
С позиций геопротонирования выявленные закономерности можно трактовать следующим образом: месторождения нефти и газа обнаруживаются во внутриплатформенных впадинах, то есть там, где созданы благоприятные условия для улавливания флюида. Процесс его выхода имеет цикличный характер, что и видно в образовании нефтей. Например, верхнепалеозойские впадины были сформированы к юрскому периоду, мезозойские - к палеогеновому, когда на их начало пришлись очередные мощные выбросы флюида в земную кору.
... Выдвинутая гипотеза образования нефти как результата геопротонирования органического вещества не только расширяет теоретические критерии поиска новых месторождений, но и открывает практические перспективы их обнаружения в стратиграфических комплексах докембрийского и других фундаментов. Сорбированный же водород в будущем может стать новым поисковым элементом на нефть и газ. Особенно в активных регионах альпийской складчатости, в зонах коллизии земной коры, рифтовых систем, на окраинах литосферных плит.
ГлавнаяИнформацияСтатьиОткуда же она взялась?
