Гипотеза органического происхождения нефти

Гипотеза органического  происхождения нефти 

М.В. Ломоносов  одним из первых обратил внимание на проблему происхождения нефти. Сначала  он высказывался за её неорганическое происхождение, однако позднее изменил  своё мнение. В 1763 г. в знаменитом труде  «О слоях земных» М.В. Ломоносов писал о нефти так: «Между тем выгоняется подземным жаром из приуготовляющихся каменных углей оная бурая и чёрная масляная материя и выступает в разные расселины и полости сухие и влажные, водами наполненные...» Поскольку считалось, что угли произошли из растительных остатков, то и нефти также приписывалось растительное происхождение. Фактически с этой работы Ломоносова отсчитывает свою историю гипотеза органического происхождения нефти и горючих газов. 

В недрах школы  «органиков» бушевали подчас неуёмные страсти. Например, шёл горячий спор о том, каким было исходное вещество — растительного или животного происхождения? Победили, в конце концов, те, кто утверждал: «И растения, и животные». Другим предметом ожесточённых споров было место залегания нефти. Одни считали, что нефтяная залежь находится там, куда упали органические остатки. Сторонники противоположной точки зрения утверждали, что нефть зародилась в одном месте, а скопилась — в другом. Эта гипотеза победила. 

Концепция органического происхождения нефти опирается, в частности, на то, что практически все известные скопления нефти и природного газа находятся в толщах осадочных пород. Отсюда был сделан вывод: нефть образуется по мере накопления осадков. 

Учёные обратили внимание также и на то, что нефть и природный газ есть далеко не везде, а скапливаются только в определённых пластах осадочных пород, которые имеют поры или пронизаны трещинами. При этом нередко одни нефтегазоносные пласты отделены от других мощными толщами непроницаемых для жидкостей и газов пород (например, глины, соли). 

В осадочных  породах всегда содержится очень  незначительное количество органического  вещества (всего 0,2—0,9%). Изучение его  состава показало, что оно состоит  из веществ, напоминающих жироподобные вещества, содержащиеся в остатках растений на дне морей. А по своему молекулярному строению похоже на соединения, входящие в состав нефти. Благодаря этому некоторые учёные считают доказанной возможность образования углеводородов нефти из липоидов, белков и углеводов, которые входили в состав животных организмов.

Гипотеза органического  происхождения нефти. Часть 2 

В начале XX в. геологи и химики широко обсуждали выдвинутую Г. Потонье «сапропелевую» гипотезу происхождении нефти. Сапропель — это перегнивший ил на дне озёр и лагун, обогащенный остатками водорослей и животных. В 1919 г. академик Н.Д. Зелинский произвёл двойную перегонку сапропеля из озера Балхаш. В результате он получил бензин, керосин и тяжёлые масла. 

В 1921 г. японскому  учёному Кобаяси удалось получить искусственную нефть при перегонке жира рыб без давления, но в присутствии катализатора — ускорителя реакции. Подобные опыты были проведены и другими исследователями. Это натолкнуло их на мысль, что такими катализаторами в природных условиях могут быть глины, содержащие вещества-катализаторы, и что в глинистых толщах рассеянное органическое вещество превращается в нефть. Поэтому такие глинистые толщи получили название «нефтепроиз-водящие», или «нефтематеринские». 

По мнению современных  сторонников органической гипотезы, образование нефти происходит следующим образом. Остатки растений и животных в огромном количестве выпадают на дно морей и озёр, где они накапливаются в илах. Затем илы перекрываются новыми слоями, уплотняются и превращаются в осадочную породу. При этом органические остатки разлагаются бактериями. Образуются большое количество метана, углекислый газ, вода и немного жидких и твёрдых углеводородов. 

Лабораторными экспериментами установлено, что превращение  органического вещества в нефть  лучше всего протекает при температуре 100— 200° С. Такая температура характерна для глубин 4—6 км, которые некоторые исследователи называют главной зоной нефтеобразования. А глубины с большей температурой считаются главной зоной газообразования. 

По мере погружения и уплотнения рассеянная нефть вместе с газом выжимается из илов в залегающие выше пористые породы. В новой пористой среде она приобретает свойства «настоящей» нефти. Далее нефть медленно перемещается по порам и трещинам вверх, где при благоприятных условиях формируются скопления — залежи нефти и газа.

Гипотеза неорганического  происхождения нефти

Гипотеза органического  происхождения нефти. Часть 3 

В 1805 г. знаменитый немецкий естествоиспытатель Александр  фон Гумбольдт высказал предположение, что нефть образуется на больших глубинах в магматических породах. Он наблюдал, как нефть сочилась из таких пород в Южной Америке, Венесуэле. В 1866 г. французский химик Пьер Бертло обнаружил, что газ ацетилен (ненасыщенный углеводород) при низких температурах может переходить в тяжёлые углеводороды. На этом основании он сделал вывод о том, что так образовались углеводородные соединения метеоритов и что, по-видимому, подобное происхождение имеют углеводороды на других планетах. 

В 1877 г. на заседании  Русского химического общества с изложением «минеральной» (карбидной) гипотезы происхождения нефти выступил Дмитрий Иванович Менделеев. Опираясь на конкретные геологические и химические факты, Менделеев писал: «...Образование нефти... более вероятно приписать действию воды, проникающей чрез трещины, образовавшиеся при подъёме гор, в глубь земли, до того металлысодержащего накалённого ядра земли, которое необходимо признать во внутренности земной... Можно полагать, что нефть там произошла при действии воды, проникшей чрез трещины пород при поднятии кряжей гор, ибо вода с углеродистым железом должна дать окислы железа и углеводороды». 

В последующие  годы появилось немало других вариантов  неорганической гипотезы происхождения  нефти. В частности, в октябре 1899 г. на заседании Московского Императорского общества испытателей природы выступил с докладом геолог В.Д. Соколов. По его мнению, основной запас углеводородов Земля получила в начале своего развития, когда представляла собой очень разрежённую массу «паров и газов», в числе которых присутствовали и углеводороды. А по мере остывания и уплотнения земной коры парообразные углеводороды, поднимаясь из внутренней части Земли, «легко конденсировались в жидкие и твёрдые битумы, постепенно накоплявшиеся в поверхностных частях литосферы». 

В настоящее  время споры о происхождении  нефти поутихли. Однако вопрос этот далеко не праздный, т.к. от ответа на него зависит эффективность поисков  нефтяных и газовых месторождений.

Как образуются скопления нефти и горючих  газов

Гипотеза органического происхождения нефти. Часть 4 

Для того чтобы  ответить на этот вопрос, необходимо знать, как ведут себя различные горные породы по отношению к нефти и  газу. Те из них, которые потенциально могут дать пристанище углеводородам, должны обладать двумя основными свойствами — пористостью и проницаемостью. 

Пористость —  способность горных пород вмещать  жидкости и газы благодаря наличию  пустот (пор, трещин). Такие пустоты есть у песков, песчаников и некоторых известняков. Например, в пригоршне речного песка даже невооружённым глазом видны пустоты между отдельными песчинками. 

Пористость зависит  не от размера зёрен, а от их взаимного  расположения — плотности укладки. Например, если взять идеальные шары одного диаметра и расположить их таким образом, чтобы центры шаров совпали с вершинами воображаемого куба, то пористость будет максимальной (47,64%). Наиболее плотно шары располагаются, когда их центры совпадают с вершинами ромба с углами 60 и 120°. При такой укладке пористость равна 25,95%. 

В природных  условиях частицы обломочных пород  — не идеальные шары: они различны по очертаниям и размерам. Наиболее мелкие из них заполняют пустоты  между более крупными частицами. Поэтому пористость осадочных пород существенно меньше идеальной. Установлено, что горные породы имеют пористость от 18—24 до 33%. 

Горная порода может также эффективно пропускать через себя жидкости и газы. Это  её свойство называется проницаемостью. Как правило, пористые породы относятся к хорошо проницаемым, особенно галечники, гравий, песок. 

Горные породы, не пропускающие жидкости и газы, называются непроницаемыми и служат своеобразными  «покрышками» для месторождений  углеводородов. Среди таких пород  наиболее распространены глинистые толщи, а также соли, гипсы, ангидриты и некоторые карбонатные породы.

Как устроены природные  хранилища нефти и газа 

Благодаря чередованиям проницаемых и непроницаемых  слоев в недрах Земли образуются огромные сосуды, в которых непроницаемые породы играют роль стенок, а пористые породы могут вместить в себя воду, нефть, газ. Такую природную ёмкость называют резервуаром (от франц. reservoir — «вместилище»). В длину он может достигать нескольких десятков и даже сотен километров, в «высоту» — нескольких километров. Форма может быть тоже весьма разнообразной, но чаще всего одного из трёх описанных ниже типов.

Гипотеза органического  происхождения нефти. Часть 5 

Пластовый резервуар  — относительно небольшой мощности (до десятков метров) и значительно протяжённый пласт проницаемых пород, ограниченный сверху и снизу плохо проницаемыми породами. 

Массивный резервуар  обычно представляет собой мощную (несколько  сотен метров) толщу проницаемых  пород, ограниченных снизу плохо  проницаемыми породами. Это, например, известняковые рифовые постройки, захороненные под другими непроницаемыми породами. 

Третий тип  резервуаров, называемый линзами, представляет собой различные по протяжённости  участки горных пород, ограниченные со всех сторон непроницаемыми породами, например линзы песчаников в глинах.

Как нефть и  газ попадают в природные резервуары 

Чтобы природный  резервуар превратился в кладовые (хранилища) нефти и газа, необходимо, чтобы углеводороды проникли туда. Оказывается, главным «действующим лицом» в этом процессе выступает вода, заполняющая поры и пустоты проницаемых и пористых пород. Пластовые воды содержат углеводороды в растворённом или свободном состоянии — в виде капелек и плёнок нефти, пузырьков газа. Они циркулируют вместе с водой в проницаемых и пористых породах. 

Если сверху есть хорошая «покрышка», а снизу  «дно» из непроницаемых пород, то вода, нефть и газ, находящиеся  внутри такого резервуара создают большое  давление. 

Движущаяся в  пустотах вода увлекает с собой жидкие и газообразные углеводороды. Согласно законам физики, углеводороды стремятся попасть туда, где давление ниже. Там, как правило, ниже и температура. При этом смесь жидкостей и газов разделяется. Углеводороды легче воды, поэтому капельки нефти и пузырьки газа будут стремиться всплывать вверх. Часть газа останется растворённой в нефти («попутный», или «нефтяной», газ), а часть выделится в свободную фазу над водой или нефтью и образует так называемую газовую шапку.

Ловушки нефти  и газа 

На пути нефти  и газа может встретиться непроницаемая преграда, тогда углеводороды попадают в естественную ловушку и постепенно скапливаются в ней. В этом случае устанавливается равновесие между газом, нефтью и водой.

Гипотеза органического  происхождения нефти. Часть 6 

Выделяют различные  типы ловушек. Один из них представляет собой местный изгиб пластов и называется антиклинальной (сводовой) ловушкой. 

Второй тип  ловушек представлен экранированными (тектонически и стратиграфически) ловушками. 

Тектонически  экранированные ловушки образуются в результате разрыва и вертикального смещения друг относительно друга двух смежных участков пористого пласта. Тогда по линии разрыва они могут соприкоснуться с непроницаемыми породами и образовать тектонически экранированную ловушку. 

Пласты-коллекторы (от позднелат. collector — «собиратель»), обладающие хорошей пористостью, могут быть со временем выведены на поверхность и частично разрушиться. Если они затем перекроются более молодыми непроницаемыми пластами, то через некоторое время образуется стратиграфическая ловушка. Здесь более древние по возрасту проницаемые пласты не согласно, т.е. с определённым временным перерывом в накоплении осадков, перекрываются более молодыми осадочными образованиями. 

Ещё один тип  ловушек получается в результате смены непроницаемых пород внутри пласта на проницаемые. Это могут быть погребённые коралловые рифы или скопления песка в глинах (линзы). 

В настоящее  время обнаружено много потенциальных  ловушек углеводородов. Но, к сожалению, далеко не во всех есть нефть или  газ. Если же они всё-таки попались в ловушку, то могут образовать природное скопление углеводородов, называемое залежью. Обычно нефть или газ подпираются снизу водой.