Теории происхождения нефти и газа

Нефть – это смесь природных углеводородов, изменчивая по составу и плотности, но обычно более легкая чем вода. Углеводороды могут встречаться в природе и в твердом виде, в виде битумов, но крупные залежи относительно редки. Гораздо большее распространение находят углеводородные газы – состоящие в основном из метана. В определенных условиях температур газ выделяет растворенные в нем нефтяные углеводороды в виде газоконденсата – жидкости, более легкой и светлой, чем нефть. Все это природное углеводородное сырье имеет сходное происхождение и встречается либо совместно, либо в близком соседстве.

Происхождение нефти и формирование ее залежей является в течение многих лет одной из наиболее сложных проблем современного естествознания. Кроме чисто познавательного аспекта эта проблема имеет большое практическое значение, так как позволяет сознательно подходить к задачам поиска и разведки нефтяных месторождений и оценке промышленных и прогнозных ее запасов.

Научно-обоснованные поиски нефти не могут быть проведены без достаточно полного представления условий ее образования. Вопрос о происхождении нефти относится к теоретическим проблемам, имеющим большое практическое значение. Только тогда, когда мы будем иметь правильное представление о тех процессах, в результате которых возникает нефть, мы будем знать, каким образом в земной коре образуются еѐ залежи, в каких местах нам искать нефть и как надлежит наиболее целесообразно организовать еѐ разведку (Дмитриевский, 1997).

До XVIII века существовало множество курьезных версий происхождения нефти (из «земного жира под воздействием вод Всемирного потопа», из янтаря, из мочи китов и др.).

Существуют три гипотезы происхождения нефти.

1. Гипотеза неорганического (абиогенного) происхождения нефти – карбидная. В 1546 году Георгий Агрикола писал, что нефть имеет неорганическое происхождение, а каменные угли образуются путем ее сгущения и затвердевания. Впервые ее высказал Д. И. Менделеев (1877 г.), который полагал, что нефть образовалась из карбидов металлов и паров воды в условиях глубинных процессов, происходящих в земной коре при воздействии высоких давлений и температур. В результате образовывались метан, этилен, ацетилен, которые под действием природной радиации полимеризовались в высшие углеводороды нефти.

2. Другая гипотеза неорганического происхождения нефти – это так называемая космическая гипотеза Соколова (1892 г.), переносящая образование углеводородов нефти из углерода и водорода в эпохи формирования Земли и других планет Солнечной системы. Впервые гипотеза была высказана учеными в конце 19 века (Бека и др., 1976). Согласно космической гипотезе УВ существовали в первозданном веществе Земли или образовались на ранних высокотемпературных стадиях ее существования. С охлаждением последней углеводороды поглощались остывающей магмой и позднее, поднимались по трещинам, внедрялись в осадочные породы. В настоящее время космической гипотезе начали уделять достаточное внимание (Каграманов и др., 2000). Как показывают астрофизические исследования, источником углеводородного сырья может служить космос. Но в космической гипотезе есть трудности в обосновании выдвинутых концепций внеземного нефтеобразования. и последующего поступления нефти в земную кору

Космическая гипотеза не опирается ни на какие факты, если не считать наличия метана в атмосфере некоторых планет, который был обнаружен по спектрам поглощения этих планет.

Недостатком гипотез неорганического происхождения нефти (карбидной и космической) является то, что гипотезы не объясняют географического и геологического распределения нефтяных месторождений.

3. Наиболее современной и распространенной является гипотеза органического (биогенного) происхождения. В начале XX века Н.Д.Зелинский внес существенный вклад в решение проблемы происхождения нефти. Показал, что некоторые соединения углерода, входящие в состав животных и растений, при невысокой температуре и соответствующих условиях могут образовывать продукты, сходные с нефтью по химическому составу и физическим свойствам. Чуть позднее И.М.Губкин обобщил результаты исследований природы нефти и пришел к заключению: процесс ее образования непрерывен; наиболее благоприятны для образования нефти неустойчивые в прошлом участки земной коры на границах областей опускания и поднятия.

Согласно биогенной теории, нефть образовалась из останков растений и животных, накопившихся в осадочных породах морей и океанов (сапропель). По классической биогенной гипотезе начальной стадией процесса образования нефти являлось разложение останков низших животных и растений (планктон и бентос) под воздействием кислорода и бактерий с образованием газов и других продуктов на глубине 100–200 м. Газы, образовавшиеся в результате разложения останков (Н2О, Н2S, СО2, N2, CH4, NH3), рассеивались в атмосфере, растворялись в воде и поглощались естественными адсорбентами. Белки, жиры, углеводы, липиды расщеплялись с образованием более простых кислот и спиртов. Оставшаяся часть исходного органического материала, наиболее устойчивая к окислительным процессам и бактериальному воздействию, оставалась в осадочных породах и постепенно опускалась в их толщу и в результате тектонических процессов оказывалась в глубоких недрах земли в нескольких километрах от поверхности (1,5–3,5 км), где температура составляет 60–170°С. Попав в восстановительную среду под давлением до 30 МПа и при температуре 150–200°С, в присутствии естественных катализаторов эти продукты в течение многих миллионов лет превращались в нефть – сложную смесь различных углеводородов и других органических соединений.

Самым сложным в этой гипотезе было объяснить миграцию нефти. Среднее содержание органического вещества в глинистых породах составляет 1,5–2 %, которое находится в сорбированном состоянии. Чтобы вымыть органическое вещество из породы должен быть либо газ носитель (попутный) или вода. Из первичных месторождений нефть постепенно по трещинам, песчаным и пористым породам перемещалась (мигрировала) и скапливалась на различных глубинах в пустотах земной коры, образуя вторичные месторождения, т. е. зоны заполнения, откуда она и добывается в настоящее время.

Основные доказательства биогенной гипотезы:

1. Территориальное совпадение нефтяных месторождений и зон осадочных пород. Например, обилие нефтяных месторождений в зоне шельфа морей и океанов, прибрежных зон, зон, где в отдаленные геологические периоды было морское дно.

2. В составе нефти обнаружены элементы биогенного происхождения, входящие в состав белков, жиров (азот, сера, кислород), а также оптически активные вещества биогенного происхождения.

3. Углеводороды нефти имеют преимущественно нормальное строение молекул, как и углеводороды биогенного происхождения. В случае образования углеводородов в результате каталитической полимеризации, как следует из первой и второй гипотез, они имели бы преимущественно разветвленное строение.

Однако в последние годы обнаружены большие скопления нефти, не связанные с осадочными породами. Это позволило предположить в качестве варианта биогенной гипотезы, что возможны процессы образования нефти из органического материала, попавшего в глубокие недра земли не путем постепенного осаждения, а в результате геологических процессов, характерных для ранних периодов формирования земной поверхности.

К настоящему времени эта проблема в основном из области догадок и гипотез переведена в научно аргументированную и в основных звеньях разработанную теорию органического происхождения нефти. Наиболее распространенное мнение, что нефть органического происхождения, как и уголь. Уголь образовывался в пресноводных водоемах, а нефть в теплых водах на дне доисторических морей. Образование этих осадочных пород происходило 600 –30 млн. лет назад. Однако и сейчас среди геологов и химиков имеются сторонники различных вариантов гипотезы неорганического происхождения нефти.

Несмотря на то, что еще не достигнуто полного согласия исследователей в отношении происхождения жидкой нефти, в настоящее время стало возможным синтезировать в лабораторных условиях нефтеподобные вещества как из неорганических, так и из органических веществ. Скопления нефти в недрах приурочены почти исключительно в осадочных породах, которые одновременно содержат остатки фауны, флоры и являются важным доказательством того, что исходный материал был органическим по своей природе. В основном предполагается, что остатки растений и животных, которые захоронились в иле, преобразуются в восстановительной среде, где органическое вещество изолировано от окисления. С погружением в глубину земной коры температура и давление возрастают. Соответствующее время (не менее 500 тыс. лет), умеренные температуры (35–400 С) и давления (более 10 ат) ведут к преобразованию органического вещества в низкомолекулярные легкие УВ, обычно находящиеся в сырой нефти.

Дата добавления: 2014-01-20