Нефть как природный объект

В общем  по всей сумме накопленных фактов достаточно обоснованной может считаться  лишь концепция органического, биогенного происхождения нефти, выдвинутая немецким ботаником Г. Потонье в начале XX века. В нашей стране она была разработана Г.П. Михайловским, И.М. Губкиным, но наиболее полно и на современном уровне Н.Б. Вассоевичем, который назвал ее осадочно-миграционной теорией нефтеобразования. Согласно этой теории, источником нефти является захороненное в осадках органическое вещество – продукт разложения организмов, – отлагающееся вместе с минеральными частицами осадков.

В свою очередь, источником этого органического  вещества являются две группы организмов: наземная растительность, остатки которой  сносились реками в морские или  озерные бассейны, бактерии и морской  зоо- и фитопланктон, причем именно последнему принадлежит главная  роль в нефтеобразовании.

Различия  в составе органического вещества, отложенного из двух этих источников – гумуса и сапропеля, прослеживаются в составе нефтей, возникших за их счет. Накопление значительных масс органического вещества в осадках  было возможно в условиях отсутствия или ограниченного доступа свободного кислорода, что могло происходить  лишь в водной среде.

Органическое  вещество находится в осадках  в рассеянном состоянии. Одни типы осадков  им обогащены в большей степени, другие – в меньшей или даже практически его лишены, но среднее  содержание очень редко превосходит 1% от массы осадка. И лишь относительно небольшая часть этого вещества (10-30%) затем преобразуется в нефть, остальная сохраняется в осадке и переходит в образующуюся из него осадочную породу. Более всего  обогащены органическим веществом  темные глинистые толщи типа олигоцен-миоценовой майкопской серии Кавказа, девонского, так называемого доманика Волго-Уральского и Тимано-Печорского бассейнов. Именно их долго рассматривали как классические нефтепроизводящие или нефтематеринские толщи. Однако в дальнейшем выяснилось, что свойством продуцировать  нефть обладали и другие типы осадочных  формаций, в частности карбонатные.

Преобразование  исходного органического вещества в нефть – процесс длительный, сложный и еще до конца непонятый. Известно, что углеводороды нефтяного  ряда образуются уже в телах живых  организмов и их обнаруживают в современных  осадках. Однако, как показал Н.Б. Вассоевич, процесс идет очень медленно, пока осадки не погрузятся на глубину  более 2 км, будучи перекрыты более  молодыми слоями, и не нагреются  до 80-100°C. Лишь тогда наступит главная фаза нефтеобразования. На большей же глубине, порядка 6 км, и при более высокой, более 120°C температуре вместо нефти начнет образовываться газ (рис. 3).

По более  современным представлениям (Ш.Ф. Мехтиев, Б.А. Соколов) нефтеобразованию существенно способствуют (кроме погружения и роста температуры с глубиной) поступающие из мантии флюиды. Это особенно заметно в молодых рифтогенных бассейнах типа Суэцкого залива Красного моря, но должно было играть большую роль на ранней стадии развития и более древних бассейнов вроде Западно-Сибирского. В этом смысле можно признать, что в представлениях "неоргаников" было хотя и небольшое, но зерно истины – глубинный эндогенный фактор принимает определенное участие в процессе нефте- и газогенерации. А так как действие этого фактора во времени проявляется неравномерно, отдельными импульсами, то и генерация углеводородов может протекать не в одну фазу, а в несколько таких фаз, как недавно отметил украинский ученый А.Е. Лукин.

Но по существу процесс нефтеобразования завершается лишь тогда, когда капли  нефти начнут собираться в более  крупные скопления. А это происходит только при отжимании нефти вместе со связанной водой из материнской  породы под весом вышележащих  слоев, напором газа и при ее переходе в пористые породы-коллекторы, в  частности пески и песчаники.

Коллекторы могут находиться в  тонком переслаивании с материнскими глинами, а иногда сами глины, если они  достаточно трещиноваты, могут служить  коллекторами новообразованной нефти. Примерами являются залегающая в  кровле юры баженовская свита  Западной Сибири или миоценовая свита  монтерей Калифорнии. Однако гораздо  чаще коллекторы залегают выше по разрезу  осадочного бассейна, чем нефтематеринская толща, или замещают ее по простиранию, например пермские кавернозные рифовые  карбонаты Предуральского прогиба. Здесь речь идет уже о миграции нефти из нефтематеринской толщи  в толщу, содержащую коллекторы –  вертикальной или латеральной.

Необходимо  иметь в виду, что вместе с нефтью и даже раньше нее из материнской  породы отжимается и вода, притом в  неизмеримо больших количествах. А  породы-коллекторы обязательно являются водоносными. Вода может иметь в  них различное происхождение  – она может захороняться вместе с осадками (погребенные воды) или  проникать с поверхности на выходе пластов на эту поверхность (инфильтрационные воды). Все нефтегазоносные осадочные  бассейны, как подчеркнул И.О. Брод, являются одновременно артезианскими, и нефть и газ перемещаются, мигрируют не сами по себе, а вместе с водой, нефть по существу первоначально  в виде нефтеводной смеси (капли  нефти в воде). Но вскоре происходит отделение нефти и газа от воды, вследствие более низкого удельного  веса нефть всплывает над водой и скапливается в залежи, стремясь занять в пласте-коллекторе наиболее высокое гипсометрическое положение. Это тем более относится к газу и газоконденсату, но о происхождении газа следует сказать особо.

Диапазон  глубин газообразования гораздо  шире, чем у нефти, а его источником могут являться не только вещества органического происхождения, захороненные в субаквальных осадках, но и вещества, получающиеся в результате углефикации  наземной растительности. Залежи газа, продуцированного угленосной толщей среднего карбона, известны в верхнем карбоне  и нижней перми в южной части  Северного моря и других районах. Выделения метана наблюдаются практически  во всех угленосных толщах, и его  взрывы в шахтах нередко имеют  катастрофические последствия. Образование  метана начинается уже в болотах, а промышленные залежи газа выявлены в очень молодых, плиоцен-четвертичных осадках. Газообразование продолжается и на больших глубинах, но, как  отмечалось выше, его главная фаза приходится на область более высоких  температур, чем главная фаза нефтеобразования (см. рис. 2). В последнее время в  Скалистых горах США обнаружены скопления газа в слабопроницаемых отложениях верхов мела, их называют нетрадиционными, к ним относятся и упомянутые выше глинистые толщи. Следует упомянуть  наконец о широком распространении  в осадочных толщах морей и  океанов и придонном слое осадков  залежей газогидрата – сжиженного и замерзшего растворенного в  воде газа.

Необходимым условием сохранности сформированной залежи нефти или газа является наличие  над пластами-коллекторами непроницаемых  или слабопроницаемых пород –  флюидоупоров, в просторечии обычно называемых покрышками. Наилучшими флюидоупорами  служат соленосные образования. Развитию таких образований нижнепермского, кунгурского возраста обязаны своей  сохранностью гигантские залежи газа, конденсата и нефти в массивных  карбонатах – карбонатных платформах на периферии Прикаспийской впадины (Астраханское, Оренбургское, Тенгизское месторождения). Но гораздо чаще роль покрышек выполняют глинистые пачки  и свиты. Таким образом, нефтегазоносные  комплексы состоят из нефтематеринских толщ, коллекторов и покрышек.

4.ЗАЛЕЖИ НЕФТИ И ЕЕ ТИПЫ

Всплывая  над водой в коллекторе, нефть  и газ движутся в наклонных (достаточно очень слабого наклона, наблюдаемого на равнинно-платформенных территориях) пластах вверх по их восстанию  до того места, где они встретят какое-либо препятствие этому перемещению. Таким препятствием может быть обратный перегиб пластов в своде складки, и тогда именно здесь локализуется залежь нефти, а над ней нередко "газовая шапка", или самостоятельная  залежь газа, часто с оторочкой  газоконденсата. Такие сводовые (или  антиклинальные) залежи относятся к  числу самых распространенных (рис. 3). В начале развития нефтегазовой геологии антиклинальная теория залегания нефти вообще считалась общепринятой. Залежи подобного типа были широко известны на Кавказе – в Азербайджане, Грозненском районе, Дагестане, Западной Туркмении, а затем были открыты в Волго-Уральской области, Западной Сибири в очень пологих платформенных поднятиях, а также на Сахалине.

Однако  вскоре было обнаружено, что сводовые антиклинальные ловушки – это  не единственный тип ловушек для  залежей нефти и газа. Препятствием для дальнейшей латеральной миграции углеводородов могут служить  плоскости тектонических разрывов, по которым пласты-коллекторы упираются  в малопроницаемые породы. В результате перед ними образуются тектонически экранированные залежи, также достаточно распространенный их вид. Но часть флюидов  может при этом уходить вверх  по поверхностям разрывов (вертикальная миграция) и образовывать залежи уже  в вышезалегающих коллекторах. Кроме  того, именно по разрывам нефть и  газ могут выходить на поверхность. Первоначально нефть добывали колодцами  на таких выходах, что дало повод  еще до появления антиклинальной теории связывать залежи нефти с  тектоническими разрывами. Эти же естественные нефтепроявления долго служили  единственным поисковым признаком.

Как сводовые, так и тектонически экранированные залежи относятся к разряду структурных. Но уже в 30-е годы XX века стали  известны ловушки для залежей  двух принципиально иных типов: стратиграфические  и литологические (рис. 4). Первые из них связаны с выклиниванием  пластов-коллекторов или их срезанием  поверхностями несогласий, перекрытыми  слабопроницаемыми породами. Вторые – с замещением коллекторов на том же стратиграфическом уровне слабопроницаемыми породами. Особый тип ловушек составляют гидравлически  экранированные ловушки, когда залежь удерживается, нередко в сильно наклонном  положении, встречным напором пластовых  вод.

Залежи  даже разного типа могут оказаться  сосредоточенными на одном и том  же участке в пределах одного и  того же структурного элемента, чаще всего  антиклинали, находясь на разной глубине. Это и есть нефтяные, нефтегазовые и газовые месторождения, которые  являются многопластовыми. Пласты коллекторов, вмещающие залежи, здесь разделены  горизонтами пород-флюидоупоров, например песчаники или известняки пачками  глин или мергелей. В других случаях  встречаются массивные залежи, отличающиеся большой высотой. Такие залежи чаще всего приурочены к крупным рифовым массивам или погребенным выступам трещиноватых и / или выветрелых магматических (граниты) или метаморфических пород. Выше уже был приведен показательный пример крупного месторождения "Белый тигр" во Вьетнаме.

Нужно отметить некую общую тенденцию, наблюдаемую  при анализе развития нефтегазовой геологии. Это непрерывное расширение диапазона разновидностей нефтематеринских отложений, пород-коллекторов углеводородов, типов ловушек для скопления  нефти и газа.

Совершенно  очевидно, что эта тенденция способствует увеличению разведанных запасов  углеводородного сырья и расширению перспектив поисков новых его  месторождений. Именно благодаря этому  мрачные прогнозы относительно близкого истощения запасов нефти всякий раз оказываются несостоятельными. И наконец, следует иметь в  виду, что при современных методах  добычи нефти из недр извлекается  меньше половины ее запасов. Совершенствование  этих методов позволит добыть часть  нефти, оставшейся в недрах старых месторождений.

5.ГЕОГРАФИЯ МЕСТОРОЖДЕНИЙ НЕФТИ

Распределение месторождений нефти и газа на поверхности Земли очень неравномерно (рис. 5). Заведомо лишены промышленных залежей абиссальные равнины  океанов и срединно-океанические хребты, кристаллические щиты древних  платформ с выходами на поверхность  глубокометаморфизованных пород докембрия, осевые зоны складчато-покровных горных сооружений, сложенные интенсивно дислоцированными и в той или иной степени  метаморфизованными толщами пород. Но уже в последнем случае следует  сделать оговорку: по периферии таких  сооружений под тектоническими покровами  кристаллических пород нередко  обнаруживают неметаморфизованные  и нефтегазосодержащие толщи, ярким  примером могут служить Скалистые  горы Канады и США.

Уже достаточно давно нефть и газ добывают не только на суше, но и в море, начало чему было положено на Каспии и в  Мексиканском заливе. При этом в  поисках залежей нефти бурение  уходит на все большие глубины  моря; чемпионом в этом отношении  является Бразилия, где добычу ведут  уже на глубине более 1700 м. Открытие месторождений нефти и газа в  Северном море превратило Великобританию и Норвегию из потребителей нефти  и газа в ее экспортеров.

Богатейшим  нефтегазоносным регионом в масштабе всей планеты является регион Персидского  залива. Благодаря открытию огромных залежей нефти страны аравийского  побережья залива, прежде безжизненно-пустынные  и населенные редкими кочевыми племенами, теперь покрыты зелеными оазисами с  белокаменными городами и за короткий срок достигли значительного процветания. Двумя другими крупнейшими нефтегазоносными бассейнами являются Западно-Сибирский  бассейн, благодаря запасам газа которого Россия занимает первое место в мире, и бассейн Мексиканского залива (США, Мексика). Остальные бассейны показаны на рис. 5.

Основные  ресурсы нефти и газа сосредоточены  в относительно молодых, мезозойских  и кайнозойских отложениях, образовавшихся за последние 200 млн лет истории  Земли. Однако добыча нефти и газа ведется и из палеозоя, а в Восточной  Сибири залежи нефти в еще более  древних отложениях верхнего протерозоя, что неудивительно, так как они  богаты органикой, в основном водорослевого  происхождения. Поэтому можно ожидать, что добыча нефти и газа будет "прирастать" и протерозоем.