Автор Тема: О волновой природе напряжений и деформаций и механизме концентрации пи  (Прочитано 96518 раз)

0 Пользователей и 4 Гостей просматривают эту тему.

Оффлайн Устьянцев Валерий Николаевич

  • Hero Member
  • *****
  • Сообщений: 737
Вещество, которое может вызвать технологическую революцию

"Что, если я скажу, что существует материал, который может стать самым мощным в мире ракетным топливом с удельной энергией, в двадцать раз превышающей удельную энергию двигателей Space Shuttle? Или что этот же материал может стать первым в мире веществом, проявляющим свойства сверхпроводимости при комнатной температуре, и что, если данная технология будет реализована, это будет такой гигантский шаг вперёд, что компьютеры станут в тысячи раз мощнее, чем сегодня? Этот прорыв поможет нам, наконец, воплотить вековую мечту человечества о ядерной энергетике. Применение такого материала не только сделало бы нынешние энергетические установки более безопасными и эффективными, но и полностью преобразили бы такие отрасли, как медицина и транспорт. Впервые гипотеза о возможности существования такого вещества была выдвинута ещё в 1935 году. И с тех пор учёные, не жалея времени и сил, пытаются проложить пути к его созданию. Сегодня мы, возможно, стали на шаг ближе к созданию такого вещества.
Всё, как всегда и везде, начинается с водорода. Водород пронизывает всю Вселенную. Это самый распространённый из всех химических элементов – его молекула состоит всего из одного протона и одного электрона. Однако если водород в газовом состоянии – это элементарно простое вещество, то при переходе из одного состояния в другое его сложность возрастает многократно. Доказательство этому – колоссальное вращающееся образование диаметром 8 000 миль, располагающееся под облачными вершинами Юпитера – самый гигантский океан в Солнечной системе. Давления, образующегося в глубинах планеты, достаточно для того, чтобы нарушить связи между протонами и электронами и перевести элемент в новое необычное состояние: не в плазму, не в газ, а в жидкий металлический водород.
Ключевое слово здесь – металлический. Теория 1935 года предсказала, что при достаточно высоком давлении водород будет проявлять свойства металла, по мере распада молекул на составляющие части превращаясь в электрический проводник. Металлы также характеризуются ярко выраженным блеском и прочностью, другими словами, обычный прозрачный газообразный водород станет непрозрачным.
Но что отличает металлический водород, например, от расплавленного золота? Разница в том, что металлы имеют решётку на атомном уровне. Решётка формируется из ионов, окруженных свободно движущимися электронами. Металлический водород не в состоянии сформировать такую решетку, так как у водорода нет ничего, кроме одного протона, и поэтому для формирования решётки у него не хватает составных частиц. И именно по этой причине металлический водород получает множество уникальных свойств.
Считается, что водород в металлическом состоянии может быть метастабильным, другими словами, он остаётся металлическим даже при снижении давления до нормального уровня. Картина напоминает ту, когда для того чтобы превратить углерод в алмаз, необходимо приложить огромное давление, но, если после этого убрать давление, алмаз не превратится опять в углерод, а будет оставаться алмазом. Однако на практике метастабильность металлического водорода мы проверить пока не можем, так как на Земле нет образцов металлического водорода. Правда, в своё время группа учёных из Гарварда утверждала, что им удалось создать такое вещество в лаборатории, но искомый образец исчез до того, как можно было провести его дальнейший анализ. Нет необходимости говорить о том, что к заявлениям, сделанным этими учёными, следует относиться весьма критически.
Тем не менее в прошлом году в журнале Nature были опубликованы результаты новых, более перспективных исследований.
Вначале исследовательская группа приступила к экспериментам, применяя небольшое давление (измеряемое в гигапаскалях, ГПа) к образцу плотного водорода. Водород оставался прозрачным как в видимом, так и в инфракрасном спектре. Как было сказано выше, отличительными особенностями металлов являются их блеск и непрозрачность. Однако, когда давление было увеличено до 300 ГПа, образец перестал быть прозрачным в видимом спектре. Затем давление на образец постепенно увеличивалось до 400 ГПа и выше, то есть в 4 миллиона раз больше земного атмосферного давления. Когда давление увеличилось до 425 ГПа, образец перестал быть прозрачным в инфракрасном спектре. Водород стал отражать свет, то есть получил новое свойство, и это заставило исследователей поверить в то, что образец плотного водорода перешёл в долгожданное металлическое состояние.
 Фазовый сдвиг образца был обратимым, хотя у исследователей нет уверенности, что при давлениях выше 425 ГПа водород сохранил бы металлические свойства. Используя существующие технологии, измерения свойств образцов водорода в экстремальных условиях (например, под большими давлениями или при низких температурах) проводить практически возможно. По этой причине исследователи также не смогли измерить электропроводность образца – результаты таких измерений могли бы дать неопровержимые доказательства наличия металлического водорода. Даже вычислительные методы, прогнозирующие значения давления, при котором водород переходит в металлическое состояние, нельзя считать точными, так как мы не можем заложить в компьютерную модель необходимые поправки на квантовом уровне.
Тем не менее указанное исследование можно расценивать как лучшее доказательство того, что водород способен переходить в металлическое состояние. Если учёным действительно удастся создать металлический водород, такое вещество появится на нашей планете впервые в её истории. И это может произойти ещё при нашей жизни.
Основные проблемы, которые предстоит решить, будут касаться измерения параметров электрической проводимости и сопротивления металлического водорода. Это поможет понять, сможет ли этот элемент реализовать свой потенциал и, возможно, стать одним из самых ценных веществ на Земле.
Идеально было бы использовать металлический водород в качестве ракетного топлива, так как он лёгкий и занимает малый объём. Преобразование металлического водорода обратно в молекулярный водород позволит высвобождать огромное количество энергии, сопоставимое с той энергией, которая изначально потребовалась бы для создания металлического водорода, и это превратило бы металлический водород в сверхмощное горючее, которое сможет совершить революцию в ракетостроении. Для сравнения: удельный импульс (показатель того, насколько быстро ракетное топливо выбрасывается из задней части космического корабля, а также показатель эффективности космического снаряда) используемых в настоящее время ракет составляет около 450 секунд. Удельный импульс ракет на металлическом водороде оценивается в 1 700 секунд. Другими словами, выводимые на орбиту ракеты смогут иметь не две ступени, а всего одну, что позволит значительно увеличить полезную нагрузку ракет.
Таким образом, использование металлического водорода позволит нам более уверенно исследовать соседние миры и одновременно обеспечит долгожданный прогресс на нашей собственной планете – будут разработаны новые технологии хранения и передачи энергии, и кардинальные изменения претерпят устройства, которыми мы пользуемся в повседневной жизни. И, если исследования, подобные проведённым в прошлом году, продолжатся, теоретическая возможность создания металлического водорода превратится в практическую. Это открытие может стать одним из самых важных за всю историю человечества» (Hyhhhelhoff).
« Последнее редактирование: Февраля 19, 2024, 11:40:01 am от Устьянцев Валерий Николаевич »

Оффлайн Устьянцев Валерий Николаевич

  • Hero Member
  • *****
  • Сообщений: 737
Топливо с Луны для ядерных реакторов
Наука и новые технологии
2187
Харрисон Шмитт (Harrison Schmitt), один из побывавших на Луне в 1972 году астронавтов, прибывший на конгресс австралийского института физики, считает, что в течение ближайших 10-15 лет человечество вполне способно построить на спутнике Земли рудники для добычи чистого и безопасного ядерного топлива - изотопа гелия, известного как гелий-3, сообщает электронная версия австралийской газеты Sydney Morning Herald.

Данное вещество редко встречается на Земле, но на Луне его в избытке. Гелий-3 можно перерабатывать в безопасное и чистое ядерное топливо, которое может быть использовано в работе будущих термоядерных реакторов. По словам Шмитта, данные реакторы, более экологичные и мощные, чем существующие, понадобятся в скором времени для того, чтобы снабжать энергией увеличивающееся население Земли: «При росте населения планеты до 10-12 миллиардов человек к 2050 году и ожидаемом увеличении уровня жизни энергии потребуется в восемь раз больше, чем мы добываем сейчас».

Лунные шахты, доступные всем государствам, и добыча гелия-3 способны помочь в осуществлении перехода от ископаемого топлива к энергии ядерного синтеза, считает Шмитт. По его словам, грядущие исследования Луны и ее недр будут оплачиваться скорее международными инвесторами, чем налогоплательщиками.

Астронавт также рассказал о вполне реальных перспективах развития лунного туризма, описав место посадки «Аполло-17» как прекрасное место для отдыха: «Это долина, более глубокая, чем Большой каньон. Горы по ее сторонам поднимаются на высоту 2100 метров и сверкают бриллиантами в лучах солнца, более яркого, чем где-нибудь в Австралии». «Самое трудное - привыкнуть к тому, что солнце сверкает в черном небе», добавил Шмитт.

Крутые склоны гор, по его словам, обязательно привлекут искателей острых ощущений: «Кто-нибудь когда-нибудь попытается съехать с них на лыжах с покрытием вроде тефлонового».

Гелий-3 - вещество, которое можно эффективно использовать в разрабатываемых сейчас реакторах, работающих на принципах управляемого термоядерного синтеза. При сжигании одного килограмма гелия-3 выделяется 19 МВт энергии. Однако общее количество всего содержащегося в земных недрах вещества исчисляется лишь сотнями килограммов.

Анализы образцов лунных почв показали, что в поверхностном слое спутника содержится более миллиона тонн гелия-3. Главным источником его стал солнечный ветер. Входящие в состав гелия-3 элементы слабо связаны в лунном грунте, поэтому он начинает выделяться уже при нагреве выше 200 градусов Цельсия.

Лунные запасы потенциальной тепловой энергии более чем в десять раз превышают имеющийся сейчас у человечества ресурс ископаемого топлива.

Оффлайн Устьянцев Валерий Николаевич

  • Hero Member
  • *****
  • Сообщений: 737
Теория "запрещенной" химии. ⁠⁠
«Я хочу поздравить всех двоечников, которые лили слезы на уроках химии, и разочаровать отличников, свято верующих в ее законы. Я задам вам один очень простой химический вопрос: какова формула хлорида натрия, то есть поваренной соли? Прям лес рук. Немного знающие химию люди ответят NaCl и будут абсолютно правы. Но есть одна теория, согласно которой могут существовать соединения типа Na2Cl, NaCl3, NaCl5, NaCl7 и многие другие. В декабре 2013 года вышла статья под руководством Артема Оганова, в которой дано не только теоретическое предсказание существования таких соединений, но и экспериментальное их подтверждение и получение. Вы можете задать очень точный, многогранный и животрепещущий вопрос: "Че?". Именно на него я и собираюсь дать развернутый ответ. Ну а также расскажу вам немного о запрещенной химии, о том, как работает эволюционный алгоритм, что с помощью него удалось найти, как меняются свойства атомов под давлением, какой элемент самый инертный (гелий? пффф), как объяснить нарушение химических правил и про практическую пользу этих соединений Н
ачнем с азов химии. Представления о валентности позволяют из простых соображений предсказать, сколько связей атом будет образовывать. Ну или иными словами, сколькими руками он сможет вцепиться в другие атомы. Не всегда это точно работает, но более или менее мы знаем, сколько электронов каждый атом использует для образования химической связи. Благодаря этому мы можем предсказать во многих случаях химические формулы вещества. Например, почему оксид кремния - SiO2, а не SiO4. Рассмотрим два элемента — натрий и хлор. Натрий содержит на внешней электронной оболочке всего 1 электрон. Хлору же не хватает именно 1 электрона, чтобы заполнить эту электронную оболочку, тем самым принять устойчивую форму. Поэтому хлор пытается этот электрон откуда-то раздобыть. Когда натрий и хлор встречаются, самое естественное, если натрий отдаст свой электрон хлору. Натрий приобретет заряд +1, хлор приобретет заряд -1, и единственный способ, единственная пропорция, в которой эти два элемента могут сочетаться, — это один к одному, иначе электрической нейтральности не будет. Но при давлениях, начиная с 20 гигапаскалей (ГПа), это 200 тысяч атмосфер, начнут образовываться соединения, которые полностью противоречат тому, что я только что сказал, и устойчивыми станут соединения Na3Cl, Na2Cl, Na3Cl2, NaCl3 и NaCl7 — такой вот букет соединений. Почему так происходит? Дело в том, что правила химии, которые мы знаем по учебникам, были сформулированы на основе анализа огромного массива экспериментальных данных при нормальных условиях. При нормальных условиях наиболее устойчивой формой вещества является та форма, у которой наименьшая энергии.
Влияние давления. Так вот, давление является дополнительным членом энергии, который в учет при нормальных условиях не брали - значение давления на нашей земле по сравнению с энергией связи слишком мало. И те правила, которые были рассчитаны только лишь на энергию, уже не действуют: надо учитывать плотность упаковки и многое-многое другое. Конечно же, речь идет не только о хлоридах натрия - практически в любой химической системе будут образовываться новые соединения, которые не поддаются традиционным правилам химии. Под очень высоким давлением образуются такие соединения как Mg3O2, K5Cl4, K3Cl5. Уверен, они вызовут когнитивный диссонанс у каждого учителя химии, а может и сердечный приступ. Так, под давлением в 1 млн. атмосфер кислород становится сверхпроводником, а натрий при 2 млн. атмосфер перестает быть щелочным металлом, становясь прозрачным диэлектриком.
 Что происходит при таком большом давлении? Сейчас попробую объяснить. Учителя химии в школе и университете говорят, что остовные (внутренние) электроны не важны, важны только валентные (внешние). Теперь разберем, о чем я. За пару минут придумал интересную аналогию электронной конфигурации атома. Секите: Представьте, что атом - это футбольное поле. Болельщики (внутренние, остовные электроны) участия в самой игре не принимают: они просто сидят, существуют, при этом не оказывая никакого влияния на игру футболистов (внешних, валентных электронов). Так вот, при нормальных условиях все именно так. Но под давлением атомы настолько сильно наезжают друг на друга, что остовы (болельщики) начинают перекрываться, выталкивают валентные электроны (футболистов) пинками. Когда остовы перекрываются, валентному электрону ничего не остается, как убежать в пустое пространство и закрыться там наглухо (себе в раздевалку). И вот эти жестко локализованные валентные электроны уже не могут двигаться, не могут прыгать. Они закрыты в узком пространстве и только там могут жить. Именно поэтому натрий перестает быть металлом, так как электроны в нем не передают электрический ток. Но стоит заметить, что запрещенная химия возникает не только при высоких давлениях, но и при любых других экстремальных условиях.
Структура соединений. В зависимости от способа расположения атомов свойства веществ будут разные. Например, углерод имеет 2 аллотропные модификации: графит - черный, сверхмягкий полуметалл, и алмаз - прозрачный, сверхтвердый полупроводник. Без понимания и прогнозирования структуры мы не поймем свойства соединений. Кристаллическую структуру веществ определяют с помощью рентгеновских лучей, длина которых сопоставима с размерами атомов. Лучи, взаимодействуя со структурой кристалла, отражаются и отклоняются на строго определенные позиции. Благодаря этому с помощью интересной математики можно определить, где в пространстве находятся атомы.
Определение структуры кристаллов с помощью дифракции.
Израильский физик и химик Дан Шехтман опубликовал статью, в которой написал про то, что есть вещества без периодической повторяемости структуры. Его уволили, сказав, что нужно лучше знать кристаллографию. Как оказалось, он открыл новое состояние вещества - квазикристаллическое. Через 30 лет, как его уволили, он получил Нобелевскую премию. Сплав алюминия, кобальта и никеля как раз является квазикристаллическим.
Мы можем научиться предсказывать структуры веществ. Когда вы ищите наиболее устойчивую структуру, вам нужно перебрать всевозможные способы расположения атомов в пространстве, и найти тот, который обладает наименьшей энергией, т.е. наибольшей стабильностью. Этих способов - астрономически много. Число способов увеличивается экспоненциально с увеличением числа атомов. Итак, нужно изобрести способ, который не перебирал бы каждый из возможных способов, а напрямую шел к правильному решению. Такой способ нашли, используя эволюционный алгоритм (ниже я объясню, что это) и квантовомеханические расчеты (а это не объясню, ха-ха) и называется он USPEX - Universal structure prediction: evolutionary Xtallography. С помощью решения уравнения Шредингера и эволюционного метода мы можем найти ту самую злосчастную иголку в стоге сена, то есть найти самое лучшее решение из триллионов и триллионов возможных вариантов.
Эволюционные алгоритмы. Эволюционный алгоритм - это своего рода искусственный интеллект, сила которого в том, что он учится на своей собственной истории. Что эволюционный алгоритм делает? Он не пытается постучаться во все двери, отметиться во всех точках. Он ощупывает всю область, прикидывает, где наиболее перспективные решения и максимум внимания посвящает именно им, тем самым шаг за шагом сужая область поиска и приходя к оптимальному решению. Не надо миллиардов решений - достаточно сотен. Благодаря этому алгоритму можно определить структуру соединений. А это вам не хухры-мухры. Алгоритм расширили. Задали в него имена химических элементов: марганец и бор. Провели расчет - получили Mn2B, MnB, MnB4. Все эти соединения давно известны. Их структуры были правильно предсказаны одним расчетом. Но еще было предсказано соединение MnB3, который никто экспериментально никогда не видел. Теория предсказала что-то лишнее или экспериментаторы почему-то не заметили это соединение? Чтобы проверить, кто прав, посоветовали одному экспериментатору смешать 1 долю марганца и 3 доли бора, расплавить, охладить, и о чудо - получили MnB3 со структурой, которую предсказали. Таким же образом получили соединения Ca2C3 и Mg2C3. Но вот под давлением возникает масса новых соединений с крайне странными составами, например Ca5C2.
Необычные полученные данные. Большинство элементов становятся металлами под давлением. Могут возникать такие соединения как AlO2, Al4O7. Mg3O2, MgO2 и другие. Никель ведет себя как благородный газ, превращаясь в неметалл. Железо и кобальт становятся акцепторами электронов, то есть получают возможность принимать электроны. Должно появиться соединение MgFe, что может послужить началу нового типа соединений - ферридов. Натрий становится самым реакционно-способным элементом, даже сильнее цезия. Что самое удивительное: натрий - единственный элемент, который может прореагировать с гелием. Под давлением он образует устойчивое соединение Na2He. Это соединение является прозрачным диэлектриком, что было подтверждено экспериментально. Ну а самым инертным соединением станет неон, для тех, кто интересовался.
Польза запрещенной химии. Имхо, запрещенная химия - это наше будущее. Химия вступила в цифровую эпоху - новые вещества и их свойства теперь открывают не в пробирке, а с помощью искусственного интеллекта. Это не только оказалось быстрей и дешевле, но и привело к революционным открытиям. В наше время уже получили соединение бора, которое является одним из самых прочных веществ, известных человечеству. При снятии давления - оно остается, не распадается и его можно использовать. Проблема хранения фтора до сих пор не решена. Перевозить фтор в контейнерах - очень опасно, так как он крайне токсичен и разъедает большинство контейнеров. Благодаря запрещенной химии появляются соединения типа CsF2, CsF3, CsF5, которые содержат больше фтора и которые можно спокойно отправить из точки А в точку Б. Эти и многие другие соединения находят широкое применение в производстве и в научных сферах деятельности человека. Интерес к запрещенной химии не только фундаментальный, но и вполне прикладной.
Заключение.
Хочется сказать вот о чем - экспериментируйте. Как только человек выходит из зоны комфорта, из зоны, в которой все хорошо известно, из зоны привычных условий в непривычно экстремальные условия, то традиционные правила и устои рушатся. Человек всегда стремится к изучению нового, доселе неизведанного. Это и есть развитие, рост, прогресс. Не важно, кем вы являетесь: офисным работником, артистом или ученым, - важно лишь то, как вы расширяете для себя границы познания нашего с вами прекрасного и таинственного мира. Источник: http://[домен telegraph у нас запрещен:(]/Teoriya-zapreshchennoj-himii-12-10.

Оффлайн Устьянцев Валерий Николаевич

  • Hero Member
  • *****
  • Сообщений: 737

Американские геологи нашли основной источник гелия-3 на Земле
Максим Борисов
close
100%

Согласно новому исследованию, проведенному американскими учеными из Университета Нью-Мексико, присутствующий на Земле гелий-3 — редкий изотоп гелия, который в природе встречается почти исключительно в форме гелия-4, — просачивается главным образом из ядра планеты. Поскольку почти весь гелий-3 образовался в результате Большого взрыва, это просачивание газа свидетельствует в пользу теории образования Земли во внутренней, а не внешней части исходной солнечной туманности. Статья об этом опубликована в журнале AGU Geochemistry, Geophysics, Geosystems.

Гелий-3 встречается на поверхности Земли в ничтожных количествах, однако прежде ученые не знали, сколько его прибывает из ядра планеты, а не из более верхних слоев — из мантии. Новое исследование указывает на то, что основным источником гелия-3 на Земле является все же именно ядро. Некоторые естественные процессы могут генерировать некоторую часть гелия-3 — например, радиоактивный распад трития, — однако основная часть гелия-3 сохранилась со времен протопланетной туманности — обширного вращающегося газопылевого облака, из которого возникла Солнечная система. Поскольку гелий считается одним из первоначальных элементов, образовавшихся во Вселенной, большая часть гелия-3 также восходит к Большому взрыву.

Из земных глубин ежегодно просачивается около 2 кг гелия-3, этого «достаточно, чтобы наполнить воздушный шар размером со стол», как пояснил ведущий автор исследования Питер Олсон, геофизик из отдела наук о Земле и планетах Университета Нью-Мексико в Альбукерке. Удалось смоделировать поведение гелия в ходе двух ключевых этапов земной истории — первоначального ее формирования, когда планета еще накапливала гелий, — и последующего рождения Луны, образовавшейся из обломков столкнувшегося с Землей объекта размером с Марс около 4 млрд лет назад. Повторное расплавление земной коры привело к улетучиванию из нее большей части гелия, поэтому, опираясь на современную скорость утечки гелия-3, ученые смогли указать его источник и оценить его общее количество: по этим оценкам в ядре содержится от 10 тераграммов (1010 кг) до петаграммов (1012 кг) гелия-3. Столь огромное количество He3, по словам Олсона, и указывает на формирование Земли внутри солнечной туманности, где относительно высокая концентрация гелия позволила ему накопиться в глубинах планеты.

Оффлайн Устьянцев Валерий Николаевич

  • Hero Member
  • *****
  • Сообщений: 737
Несмотря на то, что нефть залегает в различных геологических условиях, элементный состав её колеблется в узких пределах, что указывает на едины мантийный источник ее образования.
Этот факт указывает на единый источник энергии, - стационарный энергетический центр  первого рода (СЭЦ), который ответстсвенен за синтез минерального сырья.
Из области ядра, исходит волна энергии, под воздействием которой вещество и его структура, подвергается преобразованию на атомарном уровне.
Закономерно-стабильное соотношение углерода и водорода (С/Н) на всех месторождениях нефти и газа мира, есть надежный показатель мантийного происхождения нефти и газа. 
Состав вещества мантии, - углистые хондриты.
Нефть (пары нефти), -  синтез происходил в условиях мантии системы Земли, имеет стабильное среднее соотношение:  C/Н = 6.47, n = более 50.

Оффлайн Устьянцев Валерий Николаевич

  • Hero Member
  • *****
  • Сообщений: 737
Несмотря на то, что нефть залегает в различных геологических условиях, элементный состав её колеблется в узких пределах, что указывает на едины мантийный источник ее образования.
Этот факт указывает на единый источник энергии, - стационарный энергетический центр  первого рода (СЭЦ), который ответстсвенен за синтез минерального сырья.
Из области ядра, исходит волна энергии, под воздействием которой вещество и его структура, подвергается преобразованию на атомарном уровне.
Закономерно-стабильное соотношение углерода и водорода (С/Н) на всех месторождениях нефти и газа мира, есть надежный показатель мантийного происхождения нефти и газа. 
Состав вещества мантии, - углистые хондриты.
Нефть (пары нефти), -  синтез происходил в условиях мантии системы Земли, имеет стабильное среднее соотношение:  C/Н = 6.47, n = более 50.
В земной коре пары нефти переходят в жидкую фазу, при низких значениях (ПТ).
Закономерно-стабильное отношение углерода и водорода (С/Н) на всех месторождениях нефти и газа мира, есть надежный показатель мантийного происхождения нефти и газа. 
Состав вещества мантии, - углистые хондриты.   
Волновой механизм концентрации минерального сырья в блоках земной коры:
1. Автоколебательная система Земли и генетически с ней связанная иерархия автоколебательных систем второго рода (структурные элементы), определяют существование единого механизма, под воздействием которого происходит концентрация всех типов минерального сырья (фактор - благоприятные РТ условия).
2. Минеральное сырье (любого типа), приурочено к интенсивно дислоцированным толщам — зонам сжатия (рассланцевания), а в их пределах — к локальным областям растяжения (трещинно-брекчиевым структурам). При этом многократная смена условий сжатия условиями растяжения, способна приводить к высокой концентрации минерального сырья.
Механизм работает под воздействием автоколебательной системы Земли.
Временной разрыв между магматизмом и постмагматическим рудообразованием, указывает на то, что система Земли, изначально была структурирована волной энергии.
С.П. Максимов, 1977, показал связь тектонических циклов и процессом накопления нефти и газа - тектоническая цикличность оказывает влияние на миграцию УВ. Тектоническая обстановка является фактором контролирующим пути направления и скорость миграции УВ.
«Синергетика объясняет процесс самоорганизации в сложных системах следующим образом: Закрытая система в соответствии с законами термодинамики должна в конечном итоге прийти к состоянию с максимальной энтропией и прекратить любые эволюции. Самоорганизация неразрывно связана с волновыми процессами. В любых открытых, диссипативных и нелинейных системах неизбежно возникают автоколебательные процессы, поддерживаемые внешними источниками энергии, в результате которых протекает самоорганизация» (И.Р. Пригожин).
Процесс формирования месторождений минерального сырья, - антиэнтропийный. Система формирования минерального сырья— открытая, благодаря наличию тектонических нарушений в земной коре. Таким образом, главным фактором формирования месторождений являются, - тектонические нарушения. То-есть, тектонические нарушения контролируют месторождения минерального сырья.
Вывод.
1. Процессы синтеза минерального сырья, не могут протекать самопроизвольно, без дополнительного притока энергии извне. Такие системы являются типичными открытыми диссипативными системами.
2. Процесс синтеза минерального сырья, - антиэнтропийный, так-как он происходит в более крупной диссипативной системе, дающей ему необходимую энергию.
3. Поступление дополнительных энергетических ресурсов, необходимых для развития таких систем, может осуществляться за счет волновой передачи энергии от внешних, по отношению к данной системе источников энергии.
4. Все ведущие энергетические центры находятся в мантии.
Пределы мантии, - область синтеза минерального сырья, область земной коры является,
6. Благородные газы генетически связаны с торием и ураном. «В 1977 г. установлено, что изотопные аномалии по Нe и Ne коррелируют с изотопными аномалиями по Аг, Кг и Хе» (Ю.Э. Шуколюков, РАН). 
7. Минеральное сырье генетически связано с волной энергии распада тория, урана, кинетической энергией благородных газов и с тепловой энергией зоны: ядро-мантия. Волна энергии способствует дифференциации вещества.
8. Несмотря на то, что нефть залегает в различных геологических условиях, элементный состав её колеблется в узких пределах, что указывает на едины мантийный источник ее образования.
Этот факт указывает на единый источник энергии, - стационарный энергетический центр  первого рода (СЭЦ), под воздействием которого происходит синтез минерального сырья и структурно-вещественное преобразование системы Земли.
Процессы происходящие в системе Земли, связаны генетически волной энергии.
9. Энергия преобразования системы Земли волной энергии и синтез минерального сырья, происходит, под воздействием тепловой энергии более 22 Твт. Гелий-3 обладает большим энергетическим потенциалом.
«Корреляция гелия с угллями - обратная» (Лебедев), а нефти — прямая.
Эмпирические законы:
- «Зако́н Архимеда — один из законов статики жидкостей (гидостатики) и газов (аэростатики): на тело, погружённое в жидкость или газ, действует выталкивающая сила, равная весу объёма жидкости или газа, вытесненного частью тела, погружённой в жидкость или газ. Закон открыт Архимедом в III веке до н. э.
Выталкивающая сила также называется архимедовой или гидростатической подъёмной силой.
Так как сила Архимеда обусловлена силой тяжести, то в невесомости она не действует.
В соответствии с законом Архимеда для выталкивающей силы выполняется.

FA  = ρgV 
 где:
ρ — плотность жидкости или газа, кг/м3;   
g — ускорение свободного падения м/сек2 ;
V — объему части тела, погружённой в жидкость или газ, м3;
FA — сила Архимеда, Н.
- Закон Всемирного тяготения И. Ньютона:
F=G (m M/ R2 );
F-сила взаимодействия тел, М и m-массы взаимодействующих тел. Здесь G-гравитационная постоянная, равная примерно 6,6725×10-11 м³/(кг·с²).
при m1=m2=m имеем
G=Fr2/m2.
Из этой формулы видно, что гравитационная постоянная численно равна силе взаимного тяготения двух материальных точек, имеющих массы, равные единице массы, и находящихся друг от друга на расстоянии, равном единице длины. Числовое значение гравитационной постоянной устанавливают экспериментально. Впервые это сделал английский ученый Кэвендиш с помощью крутильного динамометра (крутильных весов).
В системе СИ гравитационная постоянная имеет значение
G = 6,67·10-11 Нм2/кг2. 
Следовательно, две материальные точки массой 1 кг каждая, находящиеся друг от друга на расстоянии 1 м, взаимно притягиваются гравитационной силой, равной 6,67·10-10 Н.
Изучая притяжение тел по закону всемирного тяготения, мы встречаемся с гравитационным взаимодействием между телами. Это взаимодействие является одним из видов фундаментальных взаимодействий, существующих в природе. Оно осуществляется на расстоянии без непосредственного контакта между взаимодействующими телами. Гравитационное взаимодействие между телами, описываемое законом всемирного тяготения, осуществляется посредством гравитационного поля (поля тяготения). В каждой точке поля тяготения на помещенное туда тело действует сила тяготения, пропорциональная массе этого тела. Сила тяготения не зависит от среды, в которой находятся тела.
Поле тяготения обладает специфическим свойством, состоящим в том, что при переносе тела массой m из одной точки поля тяготения в другую работа силы тяготения не зависит от траектории движения тела, а зависит только от положения в этом поле начальной и конечной точек перемещения тела. Силы, обладающие подобным свойством, называют консервативными, а поле таких сил - потенциальным. Следовательно, поле тяготения является потенциальным полем, а сила тяготения - консервативной силой.
Расчет показывает, что работа силы тяготения (А) в поле тяготения Земли определяется по формуле:
A=GMm(1/r1-1/r2),
где, m - масса тела; M - масса Земли; r1 и r2 -расстояния от центра Земли до начальной и конечной точек перемещения тела.
Первый закон И. Ньютона:
Существуют такие системы отсчета, называемые инерциальными относительно которых материальная точка при отсутствии внешних воздействий, сохраняет величину и направление своей скорости неограниченно долго.
Закон верен также в ситуации, когда внешние воздействия присутствуют, но взаимно компенсируются (это следует из 2-го закона Ньютона, так как скомпенсированные силы сообщают телу нулевое суммарное ускорение).

- Центробежые силы врщающесйя планеты.

Сила тяжести направлена к центру системы Земли, в язи с чем она приобрела форму шара, при этом, легко летучие и легко плавкие элементы мигрировали к поверхности планеты.
Осадочный слой является производным разложения алюмосиликатов, - изверженных пород, с которыми связывается синтез нефти и сопровождающих ее газов, т.е., нефть, - минерал абиогенного происхождения.

«Работы М.В. Петровского, А. Кайе, П. Трикара, показали, что «тектонические структурные формы, образующиеся в земной коре, отображаются в виде определенных форм рельефа. Эпейрогенические процессы выразились в периодической деформации, которые возникают при прохождении волны, генерируемой в недрах Земли. Колебания разных порядков, возникающие в Земле, установлены путём точных инструментальных измерений. Суммирование колебаний приводит к возникновению явления резонанса» [5].
По В.В. Богацкому, 1986: «Зоны повышенной деформации разделяют относительно спокойные области. Они же являются коллекторами магмы, флюидов, гидротермальных растворов. Размер зон повышенной деформации очень различен, а внутри каждой зоны повышенной деформации могут быть выделены зоны более низкого порядка, разделенные относительно спокойными участками. Учитывая такую многостепенность деформированных зон, можно сделать единой закономерностью все тектонические взаимоотношения - от планетарных до локальных. Геологическая закономерность, которая здесь сформулирована, есть отражение двух физических законов:
1. при любой деформации твердого и вязкого тела возникает разделение его на зоны, в которых сосредотачиваются преимущественно деформации, и на разделяющие эти зоны слабо деформированные блоки, причем в таких зонах и блоках могут быть отдельные зоны и блоки низшего порядка. Самым низшим порядком зон повышенной деформации являются некоторые из решеток кристаллов. Верхний порядок зависит от размеров деформируемого тела. В ходе деформации возникают новые зоны, а старые упрочняются, но с возрастанием деформаций они могут снова оживать.
2. Зоны повышенной деформации отличаются повышенной степенью проницаемости для магмы, флюидов, газов, гидротерм, волн напряжения».
Связующим звеном геопроцессов, является волна энергии.

Опираясь на выше изложенное, можно заключить, что синтез минерального сырья происходит под воздействием энергии распада в основном тяжелых элемнтов (уран, торий). Миграция минерального вещества, - разно направленная.

Е = mc2
где, E - энергия системы, m - её масса, c-скорость света.
Энергия: (Е), единицы измерения, система СИ-(Дж), система СГС — (эрг).
E=mc2 — формула А. Эйнштейна, указывает на эквивалентность массы вещество и энергии.

Теорема доказанная И. Р. Пригожиным (1947), термодинамики неравновесных процессов:
«при внешних условиях, препятствующих достижению системой равновесного состояния, стационарное состояние системы соответствует минимальному производству энтропии». «Между главными сейсмическими рубежами и рубежами минеральных преобразований, есть хорошее согласование (корреляция), на глубинах:
410, 520, 670, 840, 1700, 2000, 2200-2300 км) [10].
1. На рубеже 670 км, шпинелеподобный рингвудит трансформируется в ассоциацию:
железо - магниевого перовскита и магнезиовюстита.
2. На рубеже 850-900 км, пироп (магниево-алюминиевый силикат), преобразуется в ромбический перовскит (железо-магниевый силикат) и твердый раствор корунд-ильменита.
3. На рубеже 1700 км. происходит изменение свойств различных кристаллов.
4. На глубине 2000 км, фиксируется образование плотных модификаций кремнезема и начинаются структурные изменения вюстита.
5. На глубине 2200-2300 км, происходит структурная трансформация корунда» [Ю.М. Пущаровский]. «Одновременное проявление (по В.В. Белоусову, 1975), на поверхности материков различных эндогенных режимов, «указывает на гетерогенность теплового поля Земли: в одно и то же время тепловые потоки в разных местах разнятся по своей интенсивности, следовательно, тепловые потоки меняют свою интенсивность как в пространстве, так и во времени».
Системы глубинных разломов контролируют миграцию вещества в системе Земли, расположение источников энергии и формирование архитектуры тектоносферы.
С разделением геологического пространства зоной интенсивной степени проницаемости, обладающей высоким энергетическим потенциалом, связывается формирование системы: сводовое поднятие - зона Беньофа - океаническая впадина.
Разделенные области обладают не только различными энергетическими потенциалами, но и разной степенью проницаемости тектоносферы, что повлияло на формирование гранито-метаморфического слоя системы Земли. Волна энергии исходящая из области ядра, также способствует процессу расширения системы Земли. Системы глубинных разломов контролируют миграцию вещества в системе Земли, расположение источников энергии и формирование архитектуры тектоносферы.

На Земле существует более чем 40 000 нефтяных и газовых месторождений мира всех размеров. Из этих месторождений 94 процента  сосредоточены менее чем в 1500 гигантских и крупных природных скоплениях происхождение которых практически одинаково.

Оффлайн Устьянцев Валерий Николаевич

  • Hero Member
  • *****
  • Сообщений: 737

Геоги обнаружили в мантии источник углекислого газа и воды
Александр Дубов

В верхних слоях мантии содержатся водород и жидкие углеводороды, из которых в дальнейшем могут образовываться углекислый газ и вода. Ученые из США и Индии пришли к такому выводу, проанализировав состав метаморфических пород найденного в Гималаях офиолита. Работа опубликована в Geology.

Офиолиты — комплексы горных пород, которые были найдены на континенте, но изначально являлись частью океанической коры. Офиолиты образуются в результате тектонического сдвига, который приводит к столкновению литосферных плит. На таких горных породах удалось впервые изучить структуру океанической коры. Кроме того, изначально именно офиолиты были одним из главных аргументов тектоники плит. Сейчас же они позволяют получить информацию о мантийных процессах и восстановить историю движения литосферных плит.

Геологи из США и Индии проанализировали состав Нидарского офиолитового комплекса в Гималаях. Как и во многих других офиолитах, ученым удалось обнаружить алмазы, точное происхождение которых в таких породах неизвестно. Состав минералов проанализировали с помощью лазерной рамановской спектроскопии и обнаружили, что в образцах перидотита сверхвысокого давления есть включения алмазов, графита, а также следы жидкого водорода и первичных углеводородов. При этом кислородсодержащие минералы (гематит, силикатные минералы и шпинель) встречаются только в минерале-хозяине.

По словам ученых, обнаруженный состав офиолита, вероятнее всего, объясняется следующим механизмом. Изначально в переходном и верхнем слоях мантии (на глубине около 450—600 километров) под океанской земной горой на дне океана Тетис содержались только водород и первичные углеводороды. При столкновении Индостанской и Евразийской литосферных плит вещество мантии стало подниматься вверх. Изменение давления и окислительно-восстановительных условий при подъеме мантии привело к формированию алмазов. Образующаяся порода включила в себя при этом оксидные минералы. Дальнейший подъем привел к образованию из некоторых алмазов графитовых псевдоморфоз. При этом в минералах сверхвысоких давлений сохранились и следы жидких водорода и углеводородов.

Ученые отмечают, что анализ найденных в породе алмазов нужно проводить с особой аккуратностью, потому что такие же искусственные алмазы используются в инструментах для обработки и разрезания пород и частички могут попасть в образцы.

По словам ученых, обнаруженные в составе переходного и верхнего слоев мантии углеводороды мог при подъеме мантии стать источником большого количества углекислого газа, который был впоследствии включен в глобальный цикл углерода. Кроме того, углеводороды и водород в верхних слоях мантии могли окисляться при конвекционном подъеме более глубоких слоев мантии с образованием воды и углекислого газа.

Информация обо всех возможных источниках углерода в углеродном цикле важна для исследования эволюционных процессов и появления жизни на Земле. Именно углеродный цикл приводит к формированию изотопного состава углерода, с помощью которого производят не только датировку содержащих углерод минералов, но определяют источник их происхождения. А недавно по анализу изменения цикла углерода ученые предсказали начало массового вымирания морских животных в конце XXI века.

Александр Дубов

Оффлайн Устьянцев Валерий Николаевич

  • Hero Member
  • *****
  • Сообщений: 737


Кадик А.А.

Восстановленные флюиды мантии: связь с химической дифференциацией планетарного вещества.

2003. Геохимия № 9.

Химическая дифференциация Земли тесным образом связана с перераспределением кислорода в недрах планеты в результате формирования металлического ядра, глубинной дегазации, плавления, субдукционных процессов и восходящих движений мантийного вещества в виде плюмов и астеносферных диапиров. Этот процесс находит свое прямое отражение в окислительно-восстановительном состоянии глубинного вещества, мерой которого может служить летучесть кислорода (fO2) в тех или иных минеральных реакциях.

С химической точки зрения знание летучести кислорода мантийных пород является фундаментальным для любой гипотезы, касающейся ранней истории Земли [1-5], состава примитивной атмосферы [6], состава газов, приносимых магмами к поверхности Земли [7-13]. В присутствии флюидов, обогащенных СН4 и Н2, плавление мантии и химическая дифферциация магм носит иной характер, чем в присутствии флюидов, обогащенных H2O и CO2 [14-17].

Применение методов фазового равновесия для измерения летучести кислорода свидетельствуют о том, что современные литосферные и астеносферные слои верхней мантии в основном умеренно окислены. Свойственные им значения fO2 находится выше условий равновесия с металлической фазой железа. Активность Fe3+ компонентов в минералах верхней мантии соответствует значениям fO2, которые определяют преобладание СО2 и Н2О в составе глубинных флюидов и устойчивость карбонатных фаз.

С другой стороны, есть основания для предположений о восстановленном характере мантии Земли на ранних этапах ее формирования, который определяется химическим равновесием с металлической фазой железа и металлическим ядром [1, 6, 12, 13, 16, 18]. Если принять средний состав оливина верхней мантии равным Fo91, то fO2 должно было быть, по крайней мере, на 5 логарифмических единиц ниже, чем fO2 литосферных и астеносферных слоев современной верхней мантии. При таком окислительно-восстановительном состоянии планетарного вещества преобладающими летучими компонентами должны быть СН4 и Н2 в равновесии со свободным углеродом (графит, алмаз). Когда и как верхняя мантия испытала существенное повышение потенциала кислорода остается в значительной мере неясным. Определенные значения fO2 перидотитов верхней мантии из различных тектоно-структурных зон Земли свидетельствуют о том, что процесс окисления был весьма медленным и восстановительные условия, по-видимому, превалировали, по крайней мере, половину истории Земли [2, 18, 19]. Однако эти представления во многом остаются дискуссионными. Caniel [20] на основании распределения ванадия между коматиитовой жидкостью и оливином архейских лавовых потоков высказал предположение о том, что верхняя мантия достигла современных значений fO2 в короткие геологические времена на ранних этапах формирования Земли.

Кроме химической дифференциации вещества мантии и ядра Земли, на баланс кислорода в недрах планеты и, соответственно, режим летучести кислорода должно оказывать влияние изменение характера распределения Fe3+ и Fe2+ между минералами верхней мантии с глубиной, которое, как предполагается, должно привести к существенному понижению fO2 на глубинах более 300 км (9 ГПа) [21, 22]. Значение fO2 в этом случае должно удовлетворять условию существования в мантии металлической фазы железа и флюидов с высокой концентрацией CH4.

Таким образом, в рамках существующих гипотез, можно предполагать, что низкие значения fO2 и преобладание СН4 и Н2 во флюидах могли быть характерными как для ранних этапов формирования мантии, так и для глубинных слоев верхней мантии в настоящее время.

Геохимические свидетельства существования в верхней мантии областей с низкими значениями потенциала кислорода являются одним из главных вопросов, которые обсуждаются в данном исследовании. В статье приводятся аргументы в пользу представлений об эволюции окислительно-восстановительного состояния планетарного вещества в сторону повышения потенциала кислорода, сокращения поля стабильности свободного углерода и увеличения доли окисленных форм соединений углерода (Н2О, СО2) по отношению к восстановленным (СН4, СО, Н2).

Другой рассматриваемой проблемой является взаимодействие восстановленной части С  О  Н флюидов с продуктами плавления мантии. Наши знания в этой области весьма ограничены. Вместе с тем незначительное количество экспериментальных данных по взаимодействию СН4, Н2, а также элементарного углерода с силикатными расплавами вскрыло важную особенность окислительно-восстановительных реакций в силикатных жидкостях. Она определяется тем, что несмотря на низкие значения летучести кислорода, которые соответствуют равновесию минералов мантии с металлическим железом, устойчивыми компонентами расплавов оказались окисленные формы водорода и углерода (Н2О, ОН-, СО32-) [16, 23]. Такая особенность взаимодействия СН4, Н2 и С с силикатными расплавами может стать ключевой в выяснении механизмов образования СО2 и Н2О при формировании магм в восстановленной мантии. На основании экспериментальных данных по равновесию железосодержащий расплав (ферробазальт) + металлическая фаза (железо) + графит + водород [24] утверждается, что переход восстановленной мантии в расплавленное состояние может быть одним из механизмов формирования H2O и CO2 в прошлом Земли и их первичного поступления на поверхность планеты.



Оффлайн Устьянцев Валерий Николаевич

  • Hero Member
  • *****
  • Сообщений: 737


Причины эволюции окислително-восстановительного состояния мантии

Причины, которые привели к окислению первоначального вещества мантии и смене соотношений CO2, H2O, CH4, H2 во флюиде, во многом остаются предметом дискуссии. Следует предполагать, что повышение fO2 в глубинах мантии является результатом комплекса химических и физических процессов в недрах планеты. Время, когда мантия начала испытывать повышение потенциала кислорода, зависит от того, каким образом осуществлялись процессы, контролирующие fO2 в недрах планеты. Возможно, что особенности эволюции мантии вскоре после планетарной аккреции создавали условия для первичного повышения fO2 от значений, соответствующих равновесию силикатного вещества с металлической фазой (log(FMQ) 78), до значений fO2, которые устанавливаются для наиболее восстановленных дериватов архейской литосферы возраста 3.53.0 Ga (log(FMQ) 35). Возможно, гетерогенная аккреция, эволюция металлического ядра и крупномасштабное плавление с формированием магматического океана были причиной первой стадии повышения fO2. По представлениям [3, 13, 18, 64 - 66] более поздняя эволюция окислительно-восстановительного состояния верхней мантии, которая заняла подавляющую часть геологического времени, определялась постепенным возрастанием fO2 под воздействием эволюции металлического ядра, дегазации, магмообразования и геодинамических процессов в недрах планеты (формирование плюмов, астеносферных диапиров, погружение литосферных плит). Иные представления о вековой эволюции fO2 высказываются [20, 67]. Высокие значения fO2 (log(FMQ) ~ 0) мантийных источников коматиитовых магм архейского возраста, определенных на основании распределения ванадия между ортопироксеном, шпинелью и расплавом, привели его к заключению об отсутствии изменений fO2 в верхней мантии в геологическом времени после первых стадий ее эволюции.

Считается, что повышение потенциала кислорода и появление летучих компонентов после образования металлического ядра связано с особенностями последних стадий аккреции Земли, а именно, поступлением окисленного хондритового материала, обогащенного летучими компонентами [68]. Эти представления во многом остаются спорными. Они в значительной степени основаны на определении содержаний сидерофильных элементов в породах верхней мантии, которые не соответствует ее равновесию с металлической фазой железа. В последнее годы рядом исследователей развивается представление о высвобождении кислорода при взаимодействии мантии с металлическим ядром, которое может привести к окислению мантии [69 - 71].

Физические теории эволюции планет полагают, что Земля и, возможно, другие планеты земной группы прошли через высокотемпературную стадию своего формирования [72], в результате чего около 4.5 Ga мантия Земли была частично или полностью расплавлена. Влияние этого крупномасштабного плавления (магматического океана) на состав летучих компонентов и fO2 первоначально восстановленной мантии весьма вероятно.

Предполагается, что плавление внешних углеродсодержащих слоев примитивной мантии приведет к повышению потенциала кислорода в магматическом океане и продуктах его кристаллизации в результате интенсивной диффузии и диссипации водорода в условиях конвективного течения расплавов [9]. Другой механизм эволюции состава летучих и fO2 может быть связан со спецификой растворения Н2 и С в магматических расплавах при низких значениях fO2, соответствующих равновесию верхней мантии с металлической фазой железа. Эксперименты по взаимодействию СН4, Н2, а также элементарного углерода с силикатными расплавами вскрыли важную особенность окислительно-восстановительных реакций в силикатных жидкостях, которая может объяснить образование летучих компонентов в процессах раннего плавления. Она определяется тем, что несмотря на значения летучести кислорода ниже fO2(IW) (log(FMQ) 58), устойчивыми компонентами расплавов являются окисленные формы водорода и углерода (Н2О, ОН-, СО32-) [16, 23]. Такая особенность взаимодействия СН4, Н2 и С с силикатными расплавами позволяет ожидать, что в результате плавления восстановленной углеродсодержащей планетарной мантии будут выплавляться магмы, содержащие более окисленные формы углерода и водорода, чем в самом мантийном источнике. С этой точки зрения переход восстановленной мантии в расплавленное состояние представляется одним из механизмов формирования H2O и CO2 в прошлом Земли и их первичного поступления на поверхность планеты.

Кроме процессов химической дифференциации мантийного вещества и ядра Земли на баланс кислорода в мантии и, соответственно, режим fO2 должно оказывать влияние на изменение характера распределения Fe3+ и Fe2+ между минералами мантии с глубиной. Wood [21] и Ballhaus [22] на основании изучения влияния давления на fO2 минеральных реакций пришли к заключению о существенном понижении fO2 при высоких давлениях. Предсказывается, что на глубинах около 300 км (9 ГПа) верхняя мантия может быть насыщена в отношении металлической фазы железа, а метан является доминирующим компонентом C-O-H флюидов [22].

Начиная с работы [2] процессы субдукции литосферы рассматриваются как один из главных механизмов повышения fO2 в верхней мантии [73, 74]. В рамках этих представлений возрастание fO2 мантийного вещества является следствием потоков Н2О, СО2 и Fe3+, которые сопровождают погружение окисленных литосферных плит. На основании содержаний Fe3+ и Fe2+ в базальтах срединно-океанических хребтов и океанических островов, габбро и офиолитовых комплексов и расчета баланса масс [75] пришли к заключению, что поток Fe3+ в мантию во время процесса рециклинга в течение 2 Ga составлял 4103 кг/сек. Глубинные потоки СО2 и Н2О оцениваются равными 10101011 кг/сек и 10111012 кг/сек, соответственно [6, 76]. Согласно этим оценкам вода является главным агентом окисления мантии вслед за Fe3+ в то время как роль СО2 менее значительна. Эти потоки могут объяснить современное Fe3+/Fe отношение в мантии.

Механизмы аккумуляции кислорода и Fe3+ в мантии, которые связаны с погружением литосферных плит, во многом остаются неясными. Согласно экспериментальным исследованиям Fe3+ может постепенно аккумулироваться в мантии в результате вхождения в структуру граната [65] и перовскита [77, 78]. McCommon [78] нашел, что перовскит, содержащий алюминий, может аккумулировать большое количество Fe3+ и быть в равновесии с металлическим железом. При отсутствии взаимодействия судбукционного материала с металлическим ядром должно происходить постепенное накопление Fe3+ в глубинных слоях мантии. Эта гипотеза длительного увеличения отношения Fe3+/Fe в мантии активно обсуждается. Например, Ballhaus [18], Caniel и др. [79] и Кадик [13] предположили, что мантия под кратонами возможно испытывала прогрессивное повышение fO2, начиная с раннего Архея. Однако недавно Caniel [20, 67] высказал гипотезу об относительном постоянстве fO2 верхней мантии в геологическом времени. Эти взгляды основаны на особенностях фракционирования ванадия между силикатной жидкостью, оливином, пироксеном и шпинелью, которые свидетельствуют об образовании архейских коматиитовых магм при значениях fO2, характерных для современных базальтовых магм срединно-океанических хребтов.

Представления о том, что окислительно-восстановительное состояние мантии Земли не менялось в геологическом времени, несмотря на субдукцию литосферных плит, предполагает буферирование кислорода, диффундирующего в глубины Земли. В работе [75] предполагается, что оно может быть обусловлено реакциями с металлическим ядром Земли. Если погружающиеся литосферные плиты или их дериваты достигают ядра Земли, то их взаимодействие может играть роль буфера для окислительно-восстановительного состояния мантии Земли согласно реакции:

Feo(ядро) + 2Fe3+ (материал литосферы) = 3Fe2+ (мантия) (8)

Согласно этой гипотезе реакция (8) сохраняет окислительно-восстановительное состояние мантии на постоянном уровне на протяжении большей части истории Земли.

Другим буферирующим процессом может быть взаимодействие Fe3+ с “металлическими каплями”, которые могут сохраниться в мантии как результат неполного отделения от силикатной матрицы во время дифференциации ядра [75]. Возможность подобного взаимодействия укладывается в представления [22] согласно которым, начиная с переходной зоны, глубинная мантия должна быть насыщена в отношении металлической фазы железа.

Геохимические данные устанавливают связь повышения fO2 в глубинах литосферы с метасоматических преобразованием ее пород [18, 27]. Большинство перидотитовых ксенолитов с высокими значениями logfO2(FMQ) от –2 до +1 несут признаки метасоматических изменений [18]. Геохимические данные также свидетельствуют о приуроченности возникновения метасоматических явлений в мантии к определенному моменту ее эволюции, связанному с развитием щелочного магматизма на Земле [66]. Одной из предполагаемых причин этого явления может быть изменение геодинамики планетарного вещества, поскольку ко времени возникновения метасоматизма относится начало тектоники плит (2.52.7 Ga).

Образование в верхних частях верхней мантии областей с более высоким химическим потенциалом кислорода ставит вопрос о взаимодействии с ними более восстановленного глубинного вещества при его подъеме [12, 16, 17]. Следует ожидать окисления СН4 в мантийных областях, где фронт восстановленных флюидов вступает во взаимодействие с породами литосферы c высокими значениями fO2. В самом общем виде оно может быть описано реакцией:

СН4 (глубинный флюид) + О2 (породы литосферы)  2Н2О (флюид) + С (графит, алмаз) (9)

Вероятно, взаимодействие (9) приведет к последовательному изменению составов флюидов вдоль поверхности насыщения углеродом с увеличением fO2, Н2О и СО2. Следствием окисления восстановленного флюида могут быть: 1) формирование водосодержащих флюидов, которые могут быть причиной метасоматических преобразований пород; 2) существенное понижение температуры плавления перидотитов верхней мантии как следствие резкого возрастания активности Н2О во флюидах. Предполагается, что отражением этих процессов является образование кимберлитовых магм, а также, возможно, и щелочных [15].

В рамках представлений об особенностях взаимодействия пород литосферы с высокими значениями fO2 и восстановленных слоев мантии новая геодинамическая обстановка, которая возникла 2.52.7 Ga, в силу активизации движения глубинного вещества способствовала продвижению фронта флюидов с высокой долей СН4.

Заключение

Геохимические данные свидетельствуют о том, что современные литосферные и астеносферные слои верхней мантии в основном умеренно окислены и свойственные им значения log(FMQ) в интервале 1 и –1.5 определяют устойчивость карбонатных фаз и преобладание СО2 и Н2О в составе глубинных флюидов. Вместе с тем измерения fO2 шпинелевых и гранатовых перидотитов архейской литосферы подтверждают представления о существовании в верхней мантии областей с низкими значениями fO2, которым соответствует log(FMQ) от 3 до –5. При 67 ГПа fO2 некоторых алмазосодержащих перидотитов близка к fO2(IW).

Летучесть кислорода древних цирконов (23.5 Ga) из магматических комплексов архейской коры также характеризуется величинами fO2, которые существенно ниже fO2(FMQ). Значения log(FMQ) для них лежат между 2.5 и 5.

Низкие значения fO2 характерны для наименее истощенных "сухих" шпинелевых и гранатовых лерцолитов, вынесенных к поверхности Земли кайнозойскими щелочными базальтовыми магмами в рифтовых зонах Монголии и Байкала. Для этих перидотовых ксенолитов литосферы некратонных областей log(FMQ) составляет –24.

Восстановленный характер некоторых перидотитов литосферы архейского возраста и перидотитов астеносферных и литосферных слоев рифтовых зон свидетельствует о существовании в верхней мантии условий для формирования флюидов с высокой концентрацией CH4, а также углерод-насыщенных флюидов с широкими вариациями содержаний CH4, H2, CO2 и H2O. Устанавливаются ясные признаки преобразования углеродсодержащей верхней мантии с низкими значениями fO2 в области с высокими значениями, где углерод неустойчив, и преобладающими летучими компонентами являются H2O и CO2.

Перидотиты с наиболее низкими значениями fO2 рассматриваются как представители тех областей мантии, которые сохранили значения fO2, характерные для ранних этапов формирования Земли. Вместе с тем низкие значения fO2, в отдельных областях литосферы могут найти объяснение в особенностях массобмена с глубинными восстановленными областями верхней мантии, в существовании фронта флюидов, обогащенных CH4. В рамках представлений Ballhaus [22] о существенном понижении fO2 минеральных реакций с давлением на глубинах более 300 км (9 ГПа) верхняя мантия может быть насыщена в отношении металлической фазы железа, а CH4 и H2 являются доминирующими компонентами C-O-H флюидов [22].

Предполагается, что главной тенденцией эволюции окислительно-восстановительного состояния верхних слоев мантии является повышение fО2, сокращение поля стабильности свободного углерода и, соответственно, увеличение доли окисленных (Н2О, СО2) форм соединений углерода по отношению к восстановленным (СН4, СО, Н2). Менялась и роль свободного углерода в формировании газовых компонентов вблизи поверхности Земли. Особенности дегазации углеродсодержащего магматического слоя служат основанием для предположений о существовании у планеты на первых этапах эволюции магматического океана восстановленной атмосферы с высокой долей СО, СН4, Н2. Верхние слои мантии, прошедшие существенную эволюцию в отношении потенциала кислорода, и являются тем резервуаром, который служит главным источником СО2 и Н2О для последующего базальтового магматизма, вулканической активности и для вещества коры.

Возможно, гетерогенная аккреция, эволюция металлического ядра и крупномасштабное плавление с формированием магматического океана были причиной первой стадии повышения fO2. Представляется, что в первые сотни миллионов лет по крайней мере в верхней мантии произошло существенное повышение fO2 от значений, соответствующих равновесию силикатного вещества с металлической фазой железа, до значений fO2, которые фиксируются наиболее восстановленными перидотитами архейской литосферы.

Экспериментальные исследования взаимодействия углерода и водорода с магматическими расплавами, насыщенными в отношении металлической фазы железа, позволяют предполагать ключевую роль раннего плавления мантии в формировании Н2О и СО2 и повышении fO2 при диссипации H2 из расплавов. На основании экспериментальных данных по равновесию железосодержащий расплав + металлическая фаза (железо) + графит + водород [24, 80] утверждается, что переход восстановленной мантии в расплавленное состояние может быть одним из механизмов формирования H2O и CO2 в прошлом Земли и их первичного поступления на поверхность планеты.

Более длительные процессы химической дифференциации Земли, которые оказали влияние на перераспределение кислорода и значения fO2 в недрах планеты, по-видимому, связаны с эволюцией металлического ядра, глубинной дегазацией, магмообразованием, субдукционными процессами и восходящими движениями мантийного вещества в виде плюмов и астеносферных диапиров. Геохимические данные позволяют рассматривать субдукцию литосферы в качестве одного из главных механизмов повышения fO2 в мантии, начиная со времени возникновения этого процесса. В рамках этих представлений возрастание fO2 мантийного вещества является следствием потоков Н2О, СО2 и Fe3+, которые сопровождают погружение окисленных литосферных плит.

Оффлайн Устьянцев Валерий Николаевич

  • Hero Member
  • *****
  • Сообщений: 737
Значительная доля земного метана образуется в толще океанической коры

2.09.2019 • Кирилл Власов


Американские геохимики предложили объяснение для механизма абиогенного синтеза метана в породах земной коры океанического типа. При охлаждении содержащих оливин габбро, базальтов и перидотитов происходит их растрескивание с последующим захватом флюидных включений. По мере остывания оливин реагирует с водой во включениях, что приводит к образованию новых минералов и водорода, который восстанавливает CO2 до метана. Этот метан затем может долго сохраняться во включениях, при случае выделяясь на поверхность. По оценкам ученых таким образом могла образоваться большая часть абиогенного метана на Земле.
Земная кора океанического типа образуется в зонах спрединга, в которых литосферные плиты раздвигаются, а базальтовые магмы поступают из верхней мантии на поверхность и при застывании формируют новую кору. Эта кора (в классическом случае медленно раздвигающегося срединно-океанического хребта) имеет простое слоистое строение (рис. 2). Сверху находится слой излившихся лав, под ним — дайки базальтов, еще ниже — габбро (интрузивный полностью раскристаллизованный аналог базальтов) магматической камеры с верлитами (оливин-клинопироксеновыми породами), на ее дне — слой «утонувших» кристаллов оливина (дуниты), а под ними — породы мантии из которых и выплавились базальты (перидотиты). От верхней мантии кору отделяет геофизическая граница Мохоровичича, характеризующаяся скачком скоростей продольных сейсмических волн.
Оливин (Mg, Fe)2SiO4 — один из основных минералов в базальтах, габбро и перидотитах. При взаимодействии с соленой морской водой, проникающей по трещинам, возникающим в остывающих породах, безводные оливины превращаются в другие — уже водосодержащие — минералы из группы серпентина. Самые распространенные из них — лизардит, антигорит и хризотил — имеют одну и ту же химическую формулу Mg3(Si2O5)(OH)4, но разные кристаллические структуры. Также образуются брусит Mg(OH)2, магнетит Fe3O4, причем реакция формирования последнего протекает с выделением водорода. Эти процессы, характерные для температур ниже 400°C, называют серпентинизацией. Попутно с минеральными реакциями происходит увеличение объема породы, так как кристаллы серпентина по объем больше чем кристаллы оливина. Это приводит к дальнейшему растрескиванию и способствует увеличению водного потока и интенсивности преобразования со временем. Трещины, образующиеся в кристаллах оливина, при температурах выше 400°C могут закрываться (как бы «залечиваться»), захватывая циркулировавший по ним раствор. Подобные растворы в геологии называют гидротермальными флюидами, а оставшиеся в кристаллах включения (то есть пузырьки жидкости и/или газа, застрявшие в кристаллах) — флюидными.
В земной коре много кислорода, поэтому наиболее распространенными соединениями во флюидных включениях являются вода и углекислый газ (рис. 3). Однако там, где кислорода меньше (то есть в восстановительных условиях), могут образовываться водород (H2) и метан (CH4). Такой метан называют абиогенным, чтобы подчеркнуть, что он сформировался без участия живых организмов. На ранних стадиях развития жизни он служил пищей метанотрофам и, возможно, повлиял на саму эволюцию живых существ. Сегодня почти весь земной CH4 имеет органическое (биогенное) происхождение: это обычный продукт жизнедеятельности живых существ. Метан считают косвенным признаком их присутствия и на других космических телах. Поэтому недавние сообщения о регистрации повышенной концентрации метана ровером «Кьюриосити» на Марсе (см., например, статьи Mars rover detects ‘excitingly huge’ methane spike и Curiosity's Mars Methane Mystery Continues) породили значительное количество споров о его источнике.
На Земле исследования метана, выделяющегося в ходе геологических процессов из трещин в породах земной коры, в районах подводных гидротермальных полей и щелочных источников, шли в основном в контексте его участия в биогеохимических циклах и влияния на климат. При этом детально механизмы абиогенной генерации метана до настоящего времени были исследованы довольно плохо.
Уже было известно, что метан может образовываться за счет реакции водорода, выделяющегося при серпентинизации пород океанического дна с CO2, но источник этого углерода был точно не известен. Недавнее исследование изотопных соотношений углерода, отобранных на подводном гидротермальном поле Фон Дамм (Von Damm vent field, см.: J. M. McDermott et al., 2015. Pathways for abiotic organic synthesis at submarine hydrothermal fields), установило, что водород, возникающий при химических реакциях во время циркуляции флюидов по трещинам пород, напрямую не приводит к образованию метана. Идея о том, что он может поступать из верхней мантии также является несостоятельной: она слишком окисленная для того, чтобы метан был стабилен, да и изотопные соотношения углерода показывают, что источником углерода для метана является морская вода (N. Grozeva, 2018. Carbon and mineral transformations in seafloor serpentinization systems). Требовался новый механизм, который, по некоторым предположениям, мог быть связан с возникающими в оливине флюидными включениями.
Этот механизм был обнаружен командой американских ученых во главе с Фридером Клейном (Frieder Klein) из Океанографического центра в Вудс Хоул (штат Массачусетс). Изучив включения в оливинах габбро и перидотитов, отобранных по всему миру (рис. 1), они нашли связь между метаном и водородом включений и другими минералами, также присутствующими в них. Детали процесса, примерные количества и влияние такого метана на глобальный планетарный баланс углерода были описаны ими в статье, вышедшей в недавнем выпуске журнала PNAS.
При анализе флюидных включений было замечено, что в гидротермальных системах основных пород (базальты, габбро) количество метана значительно меньше, чем в ультраосновных (перидотиты) — наблюдение, которое явно как-то было связано с самим неуловимым процессом. Для его установления была изучена коллекция микропрепаратов, состоящая из 43 образцов габбро и 117 образцов перидотитов. Флюидные включения были обнаружены во всех оливиновых габбро и в 77% перидотитов. В наиболее «богатых» образцах насчитывалось до 3×106 включений (размером от <100 нм до 30 мкм) на кубический сантиметр. В основном включения располагались цепочками и группами на месте залеченных трещин. Метан найден во включениях со всех точек отбора кроме трех, в которых был обнаружен только лишь водород
Чтобы оценить количество метана в одном включении и в целом по породе, ученые определяли давление газа во включениях и их средний размер. Давление измерялось с помощью спектроскопии комбинационного рассеяния по сдвигу одного из пиков метана и в среднем составило 11,5 МПа. Это число позволяет рассчитать количество метана в одном модельном включении, которое принято за сферу диаметром 10 мкм: оно составляет от 8,4×10−5 до 1,2×10−2 нмоль. При плотности 105 включений на см3 это даст 2,5–363 нмоль CH4/см3, что сопоставимо с ранее опубликованными анализами содержания этого соединения в природных образцах перидотитов (2–37 нмоль/г) и габбро (72–310 нмоль/г) (N. Grozeva, 2018. Carbon and mineral transformations in seafloor serpentinization systems).
Подсчитав содержание метана в перидотитах и габбро, таким образом, можно подвести баланс для всей океанической литосферы Земли. Если допустить, что перидотиты слагают 5% океанического дна и что в 77% перидотитов оливин составляет 75 вес.%, то равномерный километровый слой перидотитов с концентрациями метана, эквивалентными анализам природных образцов, будет содержать 2,5–367 Тг (тераграмм, то есть 1012 грамм) метана. Аналогично, если положить, что габбро встречается на 50% площади океанической коры, содержит 72 нмоль/г метана и в среднем имеет толщину 4 км, то содержание метана во всех габбро океанического дна составит 4,8 Пг (петаграмм, то есть 1015 грамм). По подсчетам авторов статьи, суммарное количество CH4 в океанической литосфере значительно превышает доиндустриальное содержание метана в атмосфере Земли, которое оценивается в 2 Пг (C. MacFarling Meure et al., 2006. Law Dome CO2, CH4 and N2O ice core records extended to 2000 years BP).
Для образования такого количества метана требуется эффективный и распространенный механизм, следы которого и были обнаружены во включениях (рис. 4). Кроме метана и водорода в них были найдены минералы группы серпентина, брусит и магнетит. Наиболее часто встречающаяся ассоциация серпентин-брусит-магнетит-метан-водород является прямым указанием на произошедший процесс серпентинизации при условиях близких к полностью закрытой системе. Ни в одном из включений не была обнаружена вода в виде отдельной фазы, однако, судя по итоговому набору минералов, она однозначно присутствовала при захвате включений и была израсходована в ходе реакций серпентинизации.
Чтобы восстановить процесс серпентинизации во всех деталях, необходимо выяснить температуры, при которых происходили разные этапы жизни включения. Оценка температуры захвата включений производилась, исходя из геодинамических и термодинамических принципов. Верхняя граница температурного окна захвата — 600–800°C. При этой температуре, которая меняется в зависимости от давления, пластичные деформации в кристаллах оливина сменяются на хрупкие, что дает возможность водному флюиду проникать по трещинам внутрь кристалла. В срединно-океанических хребтах такие температуры встречаются на глубинах от 2 до 8 км, что, вместе с циркуляцией морской воды по трещинам и раздвижением плит (рис. 6), создает условия для непрерывной генерации включений в каждой новообразованной порции океанической коры. В морской воде содержится и растворенный CO2, который также попадает во включения, — это источник углерода для будущего метана.
Реконструкция процесса взаимодействия оливина с морской водой при давлении 100 МПа и температурах от 600 до 25 градусов Цельсия происходила с использованием компьютерного термодинамического пакета EQ 3/6. Массовое соотношение «оливин:флюид» в модели составляло 5:1, а содержание растворенного в нем CO2 брали разным: 0,1, 1 и 10 ммоль/кг. Предыдущие эксперименты показывают, что оливин стабилен в присутствии водного флюида до ~400 градусов Цельсия — нижней границы формирования включений. А то, что было захвачено в интервале температур 800–400°C, при дальнейшем охлаждении начинает серпентинизироваться. Первая реакция — взаимодействие оливина с водой с образованием минералов группы серпентина:
3Mg2SiO4 + 2H2O + SiO2(aq) = 2Mg3Si2O5(OH)4.
Для успешного протекания этой реакции требуется наличие растворенного во флюиде кремния, но он обычно присутствует в гидротермальных растворах из-за их взаимодействия с породами, через которые они циркулируют. При дальнейшем охлаждении до 340°C начинает образовываться брусит:
2Mg2SiO4 + 3H2O = Mg3SiO4(OH)2 + Mg(OH)2.
Кроме магния в оливине также содержится железо. Частично оно входит в состав серпентина, но частично образует и свою фазу — минерал магнетит (Fe2+Fe3+2O4), при этом часть двухвалентного железа окисляется и выделяется водород:
2Fe2+O + H2O = Fe3+2O3 + H2.
Все эти три реакции идут до полного исчерпания H2O. По данным моделирования максимальное количество водорода и, соответственно, магнетита достигается к 300°C. Чем больше выделяется водорода, тем сильнее следующая реакция смещается в правую сторону — образуется метан:
CO2 + 4H2 = CH4 + 2H2O.
Выделяющаяся вода расходуется на дальнейшую серпентинизацию и процесс продолжается до исчерпания реагирующих компонентов.
Судя по всему, описываемый процесс начался в архее одновременно с возникновением субдукции и спрединга (см.: Сульфидные включения в алмазах свидетельствуют о том, что субдукция началась еще в архее, «Элементы», 06.05.2019). При дальнейших преобразованиях породы при землетрясениях или метаморфизме образовывались новые трещины, вскрывающие включения, что приводило к выделению накопленного метана. Важно отметить, что в спокойных условиях включения могут сохраняться достаточно долго, и CH4 будет присутствовать, даже если от гидротермальной системы не осталось и следа, как, например, в офиолитах — фрагментах древней океанической коры, выдавленных на земную поверхность в ходе тектонических процессов. Так, образец из офиолита Жозефин (Josephine Ophiolite), изученный в обсуждаемой работе, сохранил включения с момента абдукции (наползания океанической коры на континентальную) в юрском периоде (A. Coulton et al., 1995. Oceanic versus emplacement age serpentinization in the Josephine ophiolite: Implications for the nature of the Moho at intermediate and slow spreading ridges). Возможно, именно такой метан, выделяющийся из включений в оливине, объясняет повышенные концентрации, наблюдаемые на Марсе: если на Марсе в настоящее время продолжается сейсмическая активность, что весьма вероятно (A.-C. Plesa et al., 2018. Present-day Mars’ seismicity predicted from 3-D thermal evolution models of interior dynamics), то не требуется даже никаких дополнительных механизмов его высвобождения, а наблюдаемые пики концентраций являются маркерами марсотрясений.
Вообще, описанный процесс, который хорошо объясняет образование метана в океанической коре, возможно экстраполировать даже на ледяные тела, вроде Европы и Энцелада, где взаимодействие оливина их каменных ядер с водой, в ходе которого могут образовываться включения, возможна даже при 200 градусах Цельсия, если в оливине достаточно железа (F. Klein et al., 2013. Compositional controls on hydrogen generation during serpentinization of ultramafic rocks). Выделяющийся метан не только будет присутствовать в атмосферах космических тел, но и сможет поддерживать существование метанотрофных одноклеточных организмов, так что точку в споре о связи метана с наличием жизни на других планетах ставить еще рано.
Источник: Frieder Klein, Niya G. Grozeva, and Jeffrey S. Seewald. Abiotic methane synthesis and serpentinization in olivine-hosted fluid inclusions // PNAS. 2019. DOI: 10.1073/pnas.1907871116.
Кирилл Власов
« Последнее редактирование: Марта 03, 2024, 12:24:25 pm от Устьянцев Валерий Николаевич »

Оффлайн Устьянцев Валерий Николаевич

  • Hero Member
  • *****
  • Сообщений: 737
Геологические аргументы
Случайные аргументы в пользу абиогенной нефти
Учитывая известное присутствие метана и вероятный катализ метана в молекулы углеводородов с более высоким атомным весом, различные абиогенные теории рассматривают следующее быть ключевыми наблюдениями в поддержку абиогенных гипотез:
    - модели синтеза серпентинита, синтеза графита и катализации шпинели доказывают, что этот процесс жизнеспособен
    - вероятность того, что абиогенная нефть, просачивающаяся из мантии, задерживается под осадками, которые эффективно герметичные разломы, выходящие за пределы мантии
    -  устаревшие расчеты баланса массы для сверхгигантских нефтяных месторождений, в которых утверждалось, что рассчитанная материнская порода не могла обеспечить резервуар известным скоплением нефти, предполагающим глубокую подпитку.
    - наличие углеводородов, заключенных в алмазы
Сторонники абиогенной нефти также используют несколько аргументов, которые опираются на различные природные явления, чтобы поддержать гипотезу:
    - моделирование некоторых исследователей показывает, что Земля образовалась при относительно низкой температуре, тем самым, возможно, сохранились первичные углеродные отложения в мантии, что привело к абиогенной добыче углеводородов
    - присутствие метана в газах и флюидах срединно-океанического пространства. хребта спредингового центра гидротермальные месторождения.
     присутствие алмаза в кимберлитах и лампроитах, которые пробуют глубину мантии предложена в качестве источника мантийного метана (Голд и др.).
Случайные аргументы против абиогенной нефти
Нефтяные месторождения напрямую не связаны с тектоническими структурами.
Параметры увеличения химических веществ, таких как серпентинит Механизм, предоставляющий залежей углеводородов в земной коре, включает:
    - отсутствие доступного порового пространства в породах по мере увеличения.
        ◦ это противоречит многочисленным исследованиям, которые документально подтвердили существование гидрологических систем, работающих на диапазоне масштабов и на всех глубинах в континентальной коре.
    - отсутствие каких-либо углеводородов в областях кристаллического щита основных кратонов, особенно вокруг ключевых глубинных структур, которые, по прогнозам, могут содержать нефть по абиогенной гипотезе. См. озеро Сильян.
    - отсутствие убедительных доказательств того, что фракционирование изотопов углерода, наблюдаемое в земных источниках метана, имеет полностью абиогенное происхождение (Lollar et al. 2006).
    - бурение Сильянского кольца не выявило коммерческих количеств нефти, тем самым являясь контрпримером Правилу Кудрявцева и не обнаруживалось прогнозируемой абиогенной нефти.
    - гелий в скважине Сильян Гравберг-1 был обеднен Не и не согласуется с мантийным происхождением
        - Скважина Гравберг-1 добыла только 84 баррелей (13,4 м) нефти, которая, как позже было показано, получена из дополнительных материалов, смазочных материалов и бурового раствора, используемых в процессе бурения.
    -  Правило Кудрявцева было объяснено для нефти и газа (не угля) - залежи газа, расположенные ниже залежей нефти, могут быть созданы из этой нефти или ее материнских пород. Природный газ менее плотен, чем газ, поскольку кероген и углеводороды производят газ, заполняющий верхнюю часть доступного пространства. Нефть вытесняется вниз и может достигнуть точки разлива, где нефть протекает по краю (краям) пласта и течет вверх. Если исходная формация полностью заполнится газом, то вся нефть вытечет выше местоположения.
    - повсеместно алмазоиды в природно-природные ресурсы, загрязненные природными газами, состоят из углерода из биологических биологических источников, в отличие от углерода, обнаруженных в обычных алмазах.
Свидетельства полевых испытаний
Прогностическая карта Анд в Южной Америке, опубликованной в 1986 году. Красные и зеленые кружки - участки, предсказанные как будущие открытия гигантских месторождений нефти / газа. Красные круги - там, где действительно были обнаружены гиганты. «Зеленые» все еще развиты.
Что объединяет обе теории источников нефти, низкий уровень прогнозирования определения гигантских нефтегазовых месторождений: согласно обнаружению гиганта требует 500+ разведочных скважин. Группа американо-российских ученых (математиков, геологов, геофизиков и специалистов по информатике) разработала программное обеспечение искусственного интеллекта и специальных геологических приложений и использовала их для прогнозирования мест гигантских залежей / газа. В 1986 году группа опубликовала прогностическую карту для открытия гигантских нефтяных и газовых месторождений Южной Америки, основанной на теории абиогенного происхождения нефти. Модель, предложенная профессором Юрием Пиковским (МГУ ), предполагает, что нефть перемещается из мантии на поверхность по проницаемым каналам, образованным на пересечении глубоких разломов. Технология использует 1) карты морфоструктурного зонирования, которые очерчивают морфоструктурные узлы (пересечения разломов), и 2) программу распознавания образов, которая идентифицирует узлы, гигантские месторождения нефти / газа. Прогнозировалось, что одиннадцать узлов, которые в то время не разрабатываются, разрабатываются месторождения нефти или газа. Эти 11 участков покрывали только 8% общей площади всех бассейнов Анд. Спустя 30 лет (в 2018 году) был опубликован результат сравнения прогноза и реальности. С момента публикации прогностической карты в 1986 году в регионе открыто только шесть гигантских нефтегазовых месторождений: Кано-Лимон, Кузиана, Капиагуа и Вулканера (бассейн Льянос, Колумбия), Камисеа (бассейн Укали, Перу) и Инкауаси (Бассейн Чако, Боливия). Все открытия были сделаны в местах обозначенных на прогностической карте 1986 года как перспективные. Результат убедительно положительный, и это значительный вклад в поддержку абиогенной теории нефти.
Внеземный аргумент
Присутствие метана на спутнике Сатурна Титане и в атмосфере Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна как свидетельство образования углеводородов без биологических промежуточных форм, например Томас Голд. (Наземный природный газ состоит в основном из метана). Некоторые кометы содержат огромное количество соединений, эквивалентных кубическим километрам их, смешанных с другим веществом; например, соответствующие углеводороды были обнаружены во время пролета зонда через хвост кометы Галлея в 1986 году. Пробуренные пробы с поверхности Марса, взятые в 2015 году марсоходом Curiosity Mars Научная лаборатория обнаружила органические молекулы бензола и пропана в образцах горных пород возрастом 3 миллиарда лет в кратере Гейла
« Последнее редактирование: Марта 03, 2024, 01:13:48 pm от Устьянцев Валерий Николаевич »

Оффлайн Устьянцев Валерий Николаевич

  • Hero Member
  • *****
  • Сообщений: 737
Ультрафиолетовое излучение  протосолнца.
Как сообщает «Universe Today», сотрудник университета штата Калифорния в Сан-Диего Винай Рай (Vinai Rai), занимавшийся изучением метеоритов в лаборатории д-ра Марка Тименса, разработал чрезвычайно чувствительный метод анализа их химического состава.
С его помощью удалось обнаружить следы воздействия высокоэнергетичных частиц и ультрафиолетового излучения на некоторые изотопы сульфида, содержащиеся в метеоритах.
Единственным сохранившимся до наших дней источником данных о химическом составе протопланетного облака являются некоторые метеорные тела, которые провели миллиарды лет на окраинах Солнечной системы, а затем, под воздействием гравитационных возмущений, оказались вблизи Земли и упали на ее поверхность.
После обнаружения небольшого избытка изотопа серы S-33 в исследуемых метеоритах у ученых не осталось сомнения в том, что замеченные ими фотохимические процессы происходили в до солнечной туманности еще до того, как окончательно сформировалась центральная звезда. Анализ определил интенсивность протосолнечного ветра, что, в свою очередь, дало возможность оценить интенсивность излучения протосолнца.
Т.о., получено доказательство того, что облако газа и пыли, из которого впоследствии образовалось Солнце, само являлось источником ультрафиолетового излучения и высокоэнергетичных частиц еще до того как стало звездой. Излучение «протосолнца» оказало существенное влияние на формирование химического состава Солнечной системы, включая синтез многих органических соединений, из которых впоследствии возникла жизнь на Земле.
    «Наши измерения впервые однозначно свидетельствуют о том, что протосолнечный шар испускал достаточно ультрафиолетового излучения, чтобы вызвать фотохимические реакции в окружающей его материи», - говорит д-р Тименс.
«Иначе говоря, наше Солнце разгоралось постепенно в течение сотен миллионов лет до того момента, когда оно вспыхнуло на полную мощь. Этот факт, без сомнения, окажет большое влияние на понимание того, как из первичной материи образовались более сложные соединения еще до возникновения крупных тел Солнечной системы. В частности, наше открытие подтверждает теоретическое предположение о том, что центральная часть вращающейся протопланетной туманности была источником заряженных высокоэнергетичных частиц, аналога «солнечного ветра», которые «выдули» остальную часть материи облака на периферию аккреционного диска, где и сформировались остальные члены нашей планетной системы». Марк Тименс считает, что при помощи изобретенной в его лаборатории техники химического анализа в будущем станет возможным определить, где и когда впервые возникли различные соединения под воздействием первичного «солнечного» ветра». (Тименс).

Оффлайн Устьянцев Валерий Николаевич

  • Hero Member
  • *****
  • Сообщений: 737
Конская Голова.
 Астрономы из Франции, Испании и Германии обнаружили в межзвёздном пространстве нашей галактики пропинилидин (C3H+).
Этот углеводород является "братом" природного газа и нефтепродуктов, встречающихся на Земле. Как оказалось, значительные его запасы хранит Конская Голова – туманность в созвездии Ориона.
Исследователи изучали спектры излучения туманности при помощи телескопа Института радиоастрономии (IRAM) в миллиметровом диапазоне длин волн и обнаружили характерные линии молекул, содержащих радикал C3H+.
Астрономы также выявили в Конской Голове 30 других молекул.
Учёных удивило, что туманность, которая давно известна как большая межзвёздная лаборатория, порождающая всё новые химические вещества, обладает значительными запасами углеводородов.
 "В туманности содержится в 200 раз больше углеводородов, чем воды на Земле!" — рассказывает один из авторов работы Вивиана Гусман (Viviana Guzman).
Отметим, что пропинилидин находили и ранее, но не в нашей галактике. Принадлежность его к семье углеводородов, являющихся основным источником энергии на нашей планете, делает Конскую Голову активным космическим "нефтеперерабатывающим заводом". Туманность находится в 1300 световых годах от нас в созвездии Ориона и получила своё название за характерные очертания. В дальнейшем учёные хотели бы разобраться в процессах производства пропинилидина в недрах этого необычного на вид космического образования. Подробности об уже проделанной работе можно узнать в статье в журнале Astronomy & Astrophysics.
« Последнее редактирование: Марта 12, 2024, 12:41:51 pm от Устьянцев Валерий Николаевич »

Оффлайн Устьянцев Валерий Николаевич

  • Hero Member
  • *****
  • Сообщений: 737
ПРОБЛЕМЫ НЕФТЕГАЗОНОСНОСТИ БОЛЬШИХ ГЛУБИН

Т.В.Белоконь (КамНИИКИГС ГНПП "Недра")

В связи с освоением запасов УВ на обычных глубинах для многих регионов России все более актуальным становится решение проблемы нефтегазоносности больших глубин. В соответствии с "Государственной программой развития минерально-сырьевой базы и геологической службы России на 1993-1995 гг. и до 2000 г. " (Алескеров В.А. и др., 1992) бурение глубоких и сверхглубоких скважин является одной из составных частей повышения эффективности геолого-разведочных работ. В последние годы в пределах крупных нефтегазоносных провинций России ГНПП "Недра" и другими организациями осуществлено бурение ряда глубоких (ГС) и сверхглубоких (СГС) скважин, которые дали богатейший материал как теоретического, так и прикладного характера.

В данной работе обобщены некоторые результаты исследований глубинной нефтегазоносности по материалам ГС и СГС, пробуренных в Тимано-Печорской и Западно-Сибирской нефтегазоносных провинциях (НГП): Колвинской глубокой параметрической (глубина 7057 м), Тимано-Печорской опорной (глубина 6904 м) и Тюменской сверхглубокой (глубина 7502 м) (Белоконь Т.В. и др., 1991; Ехлаков Ю.А. и др., 1991; Белоконь Т.В. и др., 1994; [3]).

Геологическое строение

Совершенно ясно, что оценка нефтегазоносности больших глубин в том или ином районе возможна только при наличии определенных представлений о геологическом строении. Колвинская глубокая параметрическая скважина внесла существенные коррективы в представления о геологической истории развития Печоро-Колвинского авлакогена — основного тектонического элемента по отложениям палеозоя Тимано-Печорской НГП (Ехлаков Ю.А. и др., 1991). Мощность отложений нижнего девона оказалась в 4 раза, а верхнего силура — в 2 раза больше проектной, т.е. в зоне Колвинского мегавала авлакоген имел более древнее заложение (раннедевонское время), чем предполагалось ранее. Компенсация депрессии происходила за счет глинистых и карбонатно-глинистых осадков часто доманикового типа, создающих высокий нефтегазоматеринский потенциал пород, что существенно меняет прогнозные представления об УВ-потенциале глубоких горизонтов.

Тимано-Печорская опорная скважина вскрыла терригенно-карбонатный разрез палеозоя, который в нижней части в области развития лохковских и эйфельских отложений девона оказался значительно большей мощности и более интенсивно насыщен пластовыми телами долеритов,чем предполагалось ранее. Выяснилось, что отражающие сейсмические горизонты, ранее отождествляемые с литолого-стратиграфическими границами в осадочном чехле, приурочены к интрузиям.

Тюменская СГС не только не подтвердила проектные данные об осадочном генезисе триасовых отложений во внутренней зоне Нижнепурского мегапрогиба, но и дала в противоположность геофизическим материалам о расслоенности разреза дополнительные аргументы в пользу развития вулканических пород в пределах рифтогенных структур. Не подтвердились прогнозы о развитии магнитоактивных тел на глубинах от 4,0 до 7,5 км [3].

Таким образом, ни одна из рассмотренных скважин не подтвердила проектный глубинный геологический разрез, что ставит под сомнение существовавшие прогнозные представления о глубинной нефтегазоносности. Если учесть, что ГС и СГС бурятся в районах, относительно изученных региональными геофизическими исследованиями, то для геофизиков получен богатейший фактический материал для корректировки представлений о природе глубинных границ. Что касается прогнозирования глубинного строения, то необходимо уже на стадии проектирования ГС и СГС предусматривать варианты моделей строения в соответствии с существующими гипотезами.

Термобарические условия

Современные температуры в разрезах ГС и СГС устанавливаются в основном по результатам проведения термокаротажа, что требует для получения объективных данных привлечения большого объема информации по районам бурения. Приведенные на рис. 1 данные свидетельствуют о наиболее высоких значениях температур в Тюменской СГС, где в призабойной зоне температуры превышают 210 °С. Анализ полученных данных по изменению градиентов температур в ГС указывает на близость их фактических и прогнозируемых значений.

Задача определения палеотемператур решалась широким комплексом методов. Однако в условиях, когда в разрезах наблюдались включения витринита (Тюменская СГС), палеотемпературы устанавливались в основном по его отражательной способности, наиболее часто и широко применяемой для реконструкции стадии катагенеза 0В пород на обычных глубинах. В результате оказалось, что расхождения в определениях, выполненных разными исследователями, настолько велики (для баженовской свиты — от MK1 до MK3 [3]),что для получения распределения катагенеза 0В пришлось привлекать весь комплекс химико-битуминологических, микропетрографических исследований 0В, ИК-спектроскопию синбитумоидов, а также данные пиролиза 0В. Еще при исследовании самой глубокой в мире скв.1 Берта-Роджерс (Оклахома, США) в осадочных бассейнах была поставлена под сомнение возможность определять на больших глубинах степень зрелости ОВ только по отражательной способности витринита [5]. В тоже время решение задачи корректного определения зональности катагенеза в верхних горизонтах и интерполяции ее на большие глубины на стадии проектирования ГС и СГС позволит более обоснованно прогнозировать нефтегазовый потенциал пород на больших глубинах.

Прогноз глубинных пластовых давлений относительно успешно проведен для Колвинской и Тимано-Печорской скважин. В Колвинской ГС коэффициент аномальности давлений Ка достигал 1,42, а в Тимано-Печорской ГС давления незначительно превышали гидростатические (см. рис. 1). Для Тюменской СГС существовавшие модели прогноза предусматривали появление аномально высоких пластовых давлений (АВПД) начиная с ачимовских отложений и восстановление давлений, близких к гидростатическим, на глубинах более 5000 м. Однако фактически Ка показал рост вплоть до забоя скважины и достигал значений более 1,8. Существующие способы прогноза для терригенных пород обнаружили несовпадение расчетных и фактических значений ниже 5000 м, а при вскрытии магматических пород ниже 6500 м оказалось, что для них такие методы не работают. Анализ данных исследований СГС по изменению пластовых давлений на больших глубинах показал, что при прогнозировании АВПД необходимо учитывать следующие факторы: региональный характер, наличие или отсутствие тенденций к восстановлению гидростатических давлений с глубиной, обычно ступенчатый характер развития АВПД, контролируемый наличием флюидоупоров. В Колвинской ГС и Тюменской СГС в зоне АВПД происходит падение минерализации пластовых вод, наблюдаются газопроявления со значительным содержанием метана и появление коллекторов ниже 6000 м, что необходимо учитывать при разработке поисковых критериев глубинных флюидонасыщенных пластов и оценке генезиса глубинного АВПД.

Нефтегазоносность

Прямые признаки нефтегазоносности ниже 4000 м установлены для всех скважин (см. рис. 1). При этом нефтепроявления разной степени интенсивности перестают фиксироваться еще до глубины 5000 м при стадии катагенеза MK4. На этих же глубинах резко снизилась степень битуминозности пород. Ниже 5500 м начали обнаруживаться твердые нерастворимые в обычных растворителях битумы, отличные от РОВ, условно называемые пиробитумами. Наименее погруженные толщи с пиробитумами, установленные в девонских породах Тимано-Печорской ГС, оказались приуроченными к зоне внедрения интрузий. В Колвинской ГС и Тюменской СГС пиробитумы, появившиеся на глубине 5500-6000 м, характеризуются современными температурами соответственно <150 и 165-175 °С. То есть фактически температуры деструкции нефтяных УВ несколько ниже, чем предполагалось ранее [2], несмотря на развитие АВПД, которому часто отводят стабилизирующую роль в отношении устойчивости нефтяных УВ. Интересно отметить, что зоны развития нерастворимых битумов особенно в верхней части не исключают присутствия битумоидов в концентрациях до десятых долей процента в породах Тюменской СГС.

К сожалению, геохимики оказались не готовы к исследованию пиробитумов на больших глубинах (не разработаны методы изучения направлений деградации исходных продуктов, выявления и генетической идентификации пиробитумов). Тем не менее такие характеристики пиробитумов, как значительное количество, текстурные и структурные особенности, высокое содержание серы и обогащенность легким изотопом углерода (d13С = -31,06 %о) в отличие от РОВ (d13С > - 28 %о) тех же пород, позволяют предположить, что в силурийских карбонатных отложениях разреза Колвинской ГС пиробитумы являются реликтом залежи нефти, разрушенной в результате термических и окислительно-восстановительных процессов. В связи с тем что собственный нефтяной потенциал пород был ничтожно мал, генезис разрушенной залежи мог быть связан с миграцией УВ из нижележащих отложений. Обогащенность нижнепалеозойских и протерозойских нефтей легким изотопом углерода общеизвестна.

Газопроявления ниже 5000 м характерны как для Колвинской ГС, так и Тюменской СГС, в которой с глубины 6650 м из магматических пород получена слабоминерализованная вода с газом, более чем на 80 % состоящим из метана. Широкий комплекс исследования газов, использованный для ГС и СГС (кроме газового каротажа изучались газы открытых и закрытых пор, сорбированные на породах, изотопный состав углерода метана), позволил выявить ряд новых закономерностей их распространения.

При часто крайне низких или нулевых значениях существенно зависящего от условий хранения керна параметра s0, получаемого при действии температур порядка 90 °С при пиролизе 0В (Лопатин Н.В. и др., 1997), обращает на себя внимание значительный рост с глубиной глубокосорбированного на осадочных породах метана УВ-газов, выделяемого при температуре 200 °С (рис. 2). Содержание метана в закрытых порах этих пород также имеет закономерную тенденцию увеличения с глубиной начиная со стадии катагенетического преобразования OB - МK4. На рис. 2 приведены результаты исследования газов пород с учетом концентрации 0В также и для Днепровско-Донецкой СГС (Украина), в которой, как и в Тюменской СГС, на глубине более 4000 м доминирует гумусовое 0В в отличие от Колвинской и Тимано-Печорской ГС, где преобладает сапропелевое 0В. Эти данные можно интерпретировать как подтверждающие выводы о развитии как главной, так и постумной зон газообразования, но в то же время они указывают на развитие единой растянутой по глубине зоны газообразования, завершение которой не зафиксировано по исследуемым скважинам.

Еще более неожиданным оказалось поведение УВ-газов открытых пор, полученных после консервации керна по специальной методике сразу после подъема из ствола скважины. На фоне общего увеличения для всех скважин с глубиной доли метана относительно его гомологов обнаружено значительное содержание этого газа в юрских и триасовых породах Тюменской СГС (рис. 3). Один из наиболее обогащенных метаном (106,7 см3/кг) образец 8885, поднятый с глубины 6622-6636 м, характеризует толщу магматических пород триаса ниже предполагаемых зон газообразования.

Повышенное содержание метана в глубоких зонах Нижнепурского мегапрогиба, вскрытых Тюменской СГС, и наличие гигантского Уренгойского газового месторождения, приуроченного к верхним горизонтам его бортовой зоны, представляются явлениями взаимосвязанными, и дальнейшее их изучение может способствовать решению проблемы генезиса крупнейших газовых месторождений. Отметим, что обнаружено сходство изотопного состава углерода метана с глубины ниже 6000 м с таковым для всей зоны АВПД начиная с ачимовских отложений (обогащение тяжелым изотопом d13С [3]) . В связи с приведенными фактами неизбежно возникает вопрос о глубинных эманациях метана, тем более что относительно серы и гелия такие предположения для триасовых и юрских пород Тюменской СГС уже опубликованы И.Д.Поляковой и Г. Ч. Борукаевым [З]. В данном случае можно отметить, что бурение Тюменской СГС еще не закончено и любое реальное предложение по проведению каких-либо специальных исследований для познания природы глубинного метана будет принято.

Оффлайн Устьянцев Валерий Николаевич

  • Hero Member
  • *****
  • Сообщений: 737
Коллекторские свойства пород

Несомненно, важнейшее достижение сверхглубокого бурения — обнаружение коллекторов на больших глубинах. Не подтвердились многочисленные попытки создания статистических моделей, описывающих только ухудшение коллекторских свойств пород с глубиной. Убедительным доказательством наличия глубинных коллекторов являются результаты испытаний. Например, в Колвинской ГС при испытании сложнопостроенных карбонатных коллекторов силура с глубины 6890-6906 м получена обогащенная сероводородом вода с минерализацией 190 г/л. В Тюменской СГС на глубине более 5000 м в осадочных породах и более 6500 м в сильно измененных базальтах выявлены зоны развития коллекторов с высокими значениями пористости (до 17-19 %) и проницаемости [З].

Развитие коллекторов на больших глубинах - явление не уникальное, а общераспространенное, имеет свои закономерности. Детальный анализ развития коллекторов по результатам исследования многих глубоких и сверхглубоких скважин в нашей стране и за рубежом привел Л.В.Сиротенко [3] к обоснованию обобщенной модели их формирования, в которой значительная роль уделяется так называемой главной зоне гравитационного уплотнения (ГЗГУ). ГЗГУ проявляется для разных регионов в широком интервале глубин и характеризуется следующими особенностями: 1) значительно меньшим, чем в верхних горизонтах, развитием коллекторов в основном порового типа; 2) резко пониженными максимальными значениями пористости и проницаемости; 3) независимостью глубины ее проявления от вещественного состава. Ниже ГЗГУ, когда максимальное воздействие гравитационного фактора исчерпано, в увеличении коллекторского потенциала более активную роль начинают играть геодинамические процессы и связанные с ними теплофизические, термодинамические и гидрохимические факторы, которые необходимо детально исследовать по материалам ГС и СГС. Вероятно, важное значение будет иметь определение соотношения в пространстве и времени развития ГЗГУ и главных зон нефте- и газообразования.

Нефтегазоматеринские породы

Такие признаки нефтегазоматеринских пород (НГМП), как особенности вещественного состава и повышенное содержание 0В, сохраняют свое значение при их идентификации на больших глубинах. Содержание органического углерода (Сорг) в условиях жесткого катагенеза для сапропелевого 0В достигает 5 % (МК — Колвинская ГС), а для гумусового OB — 8-10 % и более (АК — Тюменская СГС).

Проблема прогнозирования НГМП на больших глубинах оказалась тесно связанной с решением вопросов глубинного строения. Развитие значительной мощности магматических пород в триасовых толщах Тюменской СГС и девонских отложениях Тимано-Печорской ГС снизило предполагаемый нефтегазогенерационный потенциал глубинных отложений. Кроме того, неблагоприятные литолого-фациальные условия силурийских отложений в разрезе Колвинской ГС, где в основном вскрыты толщи низкоглинистых и низкоуглеродистых, часто сульфатизированных доломитов и известняков, также предопределили крайне низкий нефтегазоматеринский потенциал пород ниже 6000 м.

Наиболее высоким потенциалом на нефть, не учтенным при оценке ресурсов УВ объемно-генетическим методом, обладали нижнедевонские отложения доманикового типа на глубине 5100-5560 м в разрезе Колвинской ГС, которые по ряду генетических признаков могли внести вклад в нефтеносность вышезалегающих комплексов. Самый значительный газовый потенциал отмечен для нижне-среднеюрских пород в разрезе Тюменской СГС. Наиболее глубокозалегающие НГМП несколько повышенной продуктивности обнаружены во вновь открытой в разрезе Тюменской СГС пурской свите триаса.

По обычно используемым показателям (степень битуминозности, данные пиролиза 0В) основная часть НГМП ниже 4500-5000 м израсходовала свой нефтяной потенциал и поэтому может быть отнесена к категории бывших НГМП. Однако реализация потенциала происходит неравномерно с глубиной и часто зависит от литологических особенностей, в области, казалось бы, истощенного потенциала фиксируются повышенные содержания син- и эпибитумоидов.

В пурской свите Тюменской СГС в условиях апокатагенеза содержание хлороформенных битумоидов достигает десятых долей процента, в составе битумоидов фиксируются высокие концентрации смолисто-асфальтеновых компонентов, до уровня значений в баженовской свите увеличиваются концентрации легких бензиновых УВ (до 1 см3/кг н-пентанов) в глубокосорбированных газах [З]. Эти и многие другие факты указывают на отсутствие полного истощения потенциала и требуют проведения комплекса дополнительных исследований.

Теоретические аспекты нефтегазоносности больших глубин

Из работы [3] можно увидеть, насколько противоречиво трактуют авторы результаты исследований как в области глубинного строения, природы геофизических границ, генезиса глубинных коллекторов,так и в распределении катагенетической зональности, нефтегазоносности, причем по материалам только одной Тюменской СГС. Это связано с очень низким уровнем практической апробации на материалах сверхглубокого бурения в нефтегазоносных районах многих теоретических представлений и гипотез, вследствие чего глубина не вызывает повышенного интереса как геологическое понятие. Среди геологов-нефтяников вообще доминирует мнение, что глубина — понятие больше технологическое, чем геологическое. В связи с этим в нефтегазовой геологии до сих пор не разработаны теоретические аспекты глубинной нефтегазоносности, а созданная и развиваемая геохимиками теория зональности (фактически по глубине) нефте- и газообразования реально обычно не учитывается при планировании исследований больших глубин. Составной частью теории является учение о главной зоне (фазе) нефтеобразования (ГЗН), разработанное российскими учеными Н.Б.Вассоевичем, С.Г.Неручевым, А.Э. Конторовичем и др. Приведенные данные по развитию нефтеносности не только дополнительно подтверждают правоту этого учения, но и указывают на возможность еще на стадии проектирования ГС и СГС с достаточной точностью прогнозировать эти результаты. Например, в районах бурения Колвинской и Тимано-Печорской ГС и Тюменской СГС можно было прогнозировать уровень нефтеносности ниже установленного на 1,0-1,5 км. Выявленные закономерности изменения коллекторских свойств с глубиной в совокупности с особенностями развития ГЗН позволяют уже сегодня классифицировать глубины по нефтеносности, что будет иметь важное значение как при решении проблем прогнозирования, так и при постановке ГС и СГС.

Другой аспект глубинной нефтеносности — возможность консервации потенциала 0В на большой глубине ниже ГЗН и последующей его реализации — уже вызвал дискуссию в научной литературе [1]. Отметим только, что многочисленные факты указывают на возможность таких процессов, правда, в значительно меньших масштабах, чем в ГЗН. В связи с этим необходимо детальное комплексное исследование этого явления, тем более что по ряду СГС за рубежом получены сходные данные [4,5].

Анализ результатов исследований ГС и СГС не только в России, но и за рубежом все более убеждает, что для больших глубин вопросы оценки нефте- и газоносности в какой-то степени должны рассматриваться раздельно. Выявление газопроявлений на больших глубинах, отсутствие границ по глубине для развития значительных количеств метана в породах, а также специфический комплекс методов исследований газов, исключающий их значительные потери, требуют более тщательного и корректного отношения к проблеме глубинной газоносности при исследовании ГС и СГС.

Следует отметить, что никаких фактов относительно невозможности развития главной зоны газообразования и так называемой постумной зоны газообразования по данным Колвинской, Тимано-Печорской. Тюменской и многих других ГС и СГС не получено. В то же время проявления метана далеко не всегда подчиняются закономерностям развития этих зон. Вероятно, наступило время детально исследовать многочисленные факты обнаружения метана на больших глубинах. В какой-то степени ключ к решению этой проблемы могут дать и скважины в рудных районах, например находящаяся в бурении Уральская СГС (Свердловская область), на которой еще не поздно поставить соответствующий комплекс специальных работ.

Вопрос о размещении ГС и СГС также имеет свою теоретическую основу и должен широко обсуждаться. Рассматриваемые скважины были забурены в глубоких впадинах в зонах интенсивной нефтегазоносности по верхним горизонтам: Колвинская ГС — на крупном Харьягинском нефтегазоносном месторождении, Тимано-Печорская ГС — на Западно-Соплесском газоконденсатном месторождении, а Тюменская СГС - в 60 км к востоку от Уренгойского газового гиганта. То есть выбор заложения скважин изначально был основан на идеях значительной генерации УВ в глубоких впадинах в соответствии с органической теорией генезиса УВ, а также связи нефтегазоносности верхних и глубоких горизонтов согласно теории глубинного происхождения УВ. В то же время при анализе этих теорий еще до бурения можно было предвидеть, что крупных открытий нефти рассматриваемые скважины не дадут. В научном и прагматическом аспектах целесообразно широкое обсуждение планов строительства ГС и СГС в нефтегазоносных районах представителями различных концепций нефтегазоносности больших глубин. В этом должны быть заинтересованы не только федеральная геологическая служба, но и частные компании.

В заключение необходимо отметить, что даже та незначительная часть затронутых в статье вопросов свидетельствует о высокой информативности результатов исследования ГС и СГС в нефтегазоносных районах, позволяющей перевести проблему глубинной нефтегазоносности от теоретических дискуссий к практическому решению и обеспечению задач поиска дополнительных энергетических источников будущей России.

Литература

    Меленевский В.Н.,Фомин А.Н. О глубинной зональности нефте- и газообразования // Геология нефти к газа. - 1997. - № 7. - С. 4-7.
    Перспективы нефтегазоносности больших глубин / Отв. ред. А.А.Аксенов. - М.: Наука, 1985.
    Тюменская сверхглубокая скважина (интервал 0-7502 м). Результаты бурения и исследования: Сб. докл. "Научное бурение в России" / Гл. ред В.Б.Мазур. — Пермь: ИПК "Звезда", 1996. - Вып. 4.
    Price L.C., Clayton J.L. Reasons for and significance of deep, high-rank hydrocarbon generation in the South Texas Gulf Coast: in Gulf Coast Oils and Gases // Proceeding Ninth Annual Reasearch Conference, Gulf Coast Section. - 1990. - Sepm. -P. 105-137.
    Price L.C., Ceayton J.L., Rumen L.L. Organic geochemistry of the 9.6 km Berta Rogers No. 1 Well, Oklahoma // Organic geochemistry. — 1981. — Vol. 3. - P. 59-77.

Рис. 1. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ГС И СГС В ТИМАНО-ПЕЧОРСКОЙ И ЗАПАДНО-СИБИРСКОЙ НГП
« Последнее редактирование: Марта 23, 2024, 10:34:21 am от Устьянцев Валерий Николаевич »