Современный взгляд на образование нефти

2.3.2 Современный взгляд на образование нефти

Характерной чертой современного развития геологии является формирование геологических взглядов, в основу которого положено представление о горизонтальном движении отдельных бло­ков литосферы, так называемых литосферных плит. В недрах планеты постоянно происходит круговорот вещества - конвективное движение. Оно начинается на глубине около 3 тыс. км на границе ядра и мантии, откуда горячий и относительно легкий материал всплывает вверх и через 15-16 млн.лет достигает подошвы литосферы - верхней и наиболее тонкой земной оболочки. Растекаясь по ее подошве, вещество ман­тии за счет сил вязкого трения „разрывает" литосферу на несколько плит, которые раздвигаются от области выхода глубинного потока и дрейфуют в горизонтальном направлении. В этом месте образуются вначале своеобразные структуры в виде глубоких прова­лов - рифты, которые за длительный период трансформируются в океан.

В настоящее время типичные континентальные рифты известны в Восточной Африке, где они обычно заполнены водой (озера Ньяса, Танганьика, Рудольфа и т.д.). Примером современного морского рифта, отражающего следую­щую стадию перехода рифтовых структур в океан, является Красное море.

Таким образом, верхняя и самая тонкая оболочка Земли (литосфера) находится в непрерывном движении. Эти мощные при­родные явления имеют прямое отношении к. образова­нию нефти. Это очень энергоемкий процесс. Он выражается в диссоциации различных соединений, в разрыве химических связей между углеро­дом и кислородом, азотом, серой. А для этого нужны затраты энергии. Например, для разрыва связи С-С надо затратить 70-100 ккал/моль, для С-О - 70-200 ккал/моль и т.д. Для того чтобы эти процессы начали протекать и активно развиваться, необходимо повы­шение температуры до 100-400 °С. В противном случае преобразование рассеянной органики в нефть будет протекать медленно, не используя весь потенциал органического вещества.

В лабораторных опытах химикам удавалось практически мгно­венно получать из естественной органики продукты близкие к природ­ным нефтям, при высокой температуре в перегонном кубе. Следовательно, если в природе создается ситуация, когда оса­дочные породы с органикой попадают в зону относительно высоких температур, то начинается образование нефти.

В обычных условиях пласт для этого должен погрузиться на глубину минимум в 2-3 км, там-то и наступает, по Н.Б. Вассоевичу, главная фаза нефтеобразования. Если осажденная органика попадает в зону рифта или субдукции, где прогретость недр в 5-6 раз выше, чем в обычных областях и преобразование органики в капельно-жидкую нефть может начаться намного раньше, практически одновременно с осадконакоплением. Поэтому зоны рифтов и субдукции привлекают внимание геологов-нефтяников и их исследование дает ключ к пониманию генезиса углеводородов.

Примером этого могут служить многочисленные нефте- и газопроявления в пределах совре­менной внутриконтинентальной Восточно-Африканской системы рифтов. Отдельные рифты, заполненные водой, образуют систему озер, на берегах которых отмечаются выходы газа, легкой нефти, закированные песчаники (например, оз. Альберт).

Геологические события иного типа протекают в зонах субдукций, но результат их тот же: ускоренное преобразование рассеянной орга­ники в нефть. В зонах поддвига происходят два очень важных явления: образование аккреционных призм (линз) и проскальзывание океанических осадков в мантию вместе с пододвигаемой плитой.

Формирование аккреционных призм происходит за счет соскребания осадков с погружающейся плиты и накопления их на внешнем склоне островной дуги. В результате вдоль фронта субдукций возни­кает большое количество осадочного материала, в котором содержится и рассеянная органика. Высокий прогрев недр обеспечивает здесь благоприятные условия для рождения нефти. Современные аккреционные призмы с точки зрения возможной их нефтегазоносности практически еще не изучены, а древние призмы аккреции геологи пока не научились распознавать в сложной струк­туре горно-складчатых областей.

Любое море заселено большим количеством растений и животных. Из всей морской биомассы в образовании нефти ведущая роль принадлежит микроорганизмам - планктону, 90 % которого занимают микроскопи­ческие водоросли (фитопланктон). Именно планктон является основ­ным источником органического вещества, которое содержится не только в осадочных илах на дне морей или озер, но и в самой воде. В Атлантическом и Тихом океанах в 1 м³ воды растворено 2 г органики, в водах Балтики и Каспия - 5-6 г, а в Азовском море - 10 г. В мировом океане фитомасса составляет 2*10⁸, а зоомасса 3*10 ⁹.

В составе растворенного органического вещества обнаружены жирные кислоты, имеющие большое сходство с жирами планктона. В донных осадках их концентрации еще выше благодаря тому, что большая часть отми­рающих организмов опускается на дно. Для захоронения органики предпочтительны мелководные условия. Здесь вообще активнее идут процессы образования осадков (глинистых, песчаных, известковых и т.д.), что способствует относительно быстрому захоронению детрита и предохранению его от разложения. На глубине, кроме того, органика успевает в значительной степени раствориться и рассеяться в воде благодаря деятельности бактерий. Ежегодно в Мировом океане обра­зуется в среднем до 150 г органического вещества на 1 м² дна, захоронятся же в осадках около 1 %.

Органическое вещество, которое оседает на морское дно сравнительно быстро укроется глинисты­ми, песчаными или карбонатными осадками, которые приносятся с континентов или образуются непосредственно в море. В составе орга­ники имеются различные вещества, наибольший интерес для после­дующего нефтеобразования представляют битумоиды, которые извлекаются из органического субстанции различными растворителями (хлороформом, бен­золом, эфиром). Источником битумоидов являются липоиды - жироподобные соединения. В тканях организмов содержание липоидов достаточно велико. В диатомовых водорослях, например, оно состав­ляет 10-35 % от сухой массы. Количество битумоидов в донных осад­ках колеблется от 2 до 20 % всей органики. Кроме битумоидов в органическом веществе содержатся уже готовые углеводороды (от 0,1% до 3 %). В среднем на 1 м³ породы приходится 300 г, а в некоторых случаях до 15 кг углеводородов.

Общее же содержание рассеянных углеводородов в осадочных породах континентов, по данным Н.Б. Вассоевича, составляет 70-80_*10¹² т, что в десятки раз превышает установленные запасы нефти (около 2,2_*10¹² т). Отсюда видно, что накопившегося органического вещества было достаточно для образования выявленного количества нефти. В таблице 7. приведены данные о макроэлементном составе растений и каустобиолитов.

Таблица 7 - Макроэлементный состав растений, углей и нефтей, в процентах от массы вещества

Гипотезы неорганического происхождения нефти не были подтверждены дальнейшими исследованиями и в настоящее время представляют скорее исторический интерес. Однако вопрос происхождения нефти имеет важное биологическое значение. Если верна гипотеза неорганического происхождения углеводородов нефти, то именно они могли служить основой эволюции макромолекул и первоначальным источником энергии, углерода и других элементов для первичных живых комплексов.

Но в любом случае, независимо от того, какая из гипотез происхождения нефти справедлива, верно утверждение о биологическом сродстве углеводородов нефти с органическом веществом клеток. Проблема негативного воздействия нефти и продуктов ее переработки состоит не в токсичности, а в массированном воздействии на окружающую среду, в переходе концентрации углеводородов в элементах экосистем за пределы толерантности, что и является фактором угнетения живых организмов.

Идея органического происхождения нефти была высказана еще в 1763 году. В пользу органической теории происхождения нефти приводят геологическую аргументацию: приуроченность многих промышленных залежей нефти на Земном шаре к осадочным отложениям, которые являются не только вместилищем для нефти, но и средой, в которой совершался процесс нефтеобразования; наличие явной и прямой связи между процессами образования нефти, угля и процессами накопления битумов и дисперсного органического вещества; нефть и генетически связанные асфальты имеют сходный состав с другими горючими ископаемыми органического происхождения – углями и сланцами; процессы нефтеобразования совершались во все геологические эпохи.

Залежи нефти имеются в породах кембрийского возраста, насчитывающих более 500 млн. лет, и в молодых третичных отложеннях с возрастом 20-30 млн. лет. Геохимическая аргументация: в нефти обнаружены оптически активные вещества биогенного происхождения; в составе нефти содержатся такие соединения бесспорно биогенного происхождения – это порфирины, алканы нормального строения, изопреноидные углеводороды и углеводороды стероидного строения.

Согласно органической теории происхождения нефти, источник ее образования – органические остатки преимущественно низших растительных и животных организмов, обитавших как в толще воды (планктон), так и на дне водоемов (бентос). Большую роль в накоплении органического вещества донных осадков, по-видимому, играли бактерии. Разложение отмерших организмов – это неизбежная стадия преобразования их в нефть. Роль микроорганизмов в образовании ископаемого топлива подтвердилась исследованиями последнего времени. Были не только обнаружены следы биохимической деятельности бактерий в нефти, но и идентифицированы в ней сами бактерии по снимкам, сделанным с помощью электронного микроскопа. В сланцах, богатых нефтью, возраста 120 млн. лет, обнаружены несколько типов бактерий.

По мере погружения осадка (до глубины 100-200 м) анаэробные бактериальные процессы постепенно затухают и окисление органического вещества прекращается. На этом заканчиваются диагенетического преобразования органического вещества и осадка в целом. Кероген вступает в стадию физико-химических преобразований, определяемых температурой и давлением в недрах.

Таким образом, благодаря биогенному происхождению нефти, вещества, входящие в ее состав, несмотря на значительные изменения, способны достаточно интенсивно вовлекаться в биологический круговорот, более того, небольшие концентрации нефти способны оказывать стимулирующее действие на растительные организмы.