Тайны образования нефти и горючих газов - Михаил Калинко

Рис. 37. Геологический разрез по линии Запорожье - Полтава - Xарьков - Москва. Черным - залежи нефти, кружочками - залежи газа, остальными условными знаками - различные осадочные породы

Рис. 38. Геологический разрез по линии Саранск - Ульяновск - Уфа - Уральский хребет Условные обозначения те же, что и на рис. 37

Во-вторых, даже в тех регионах, в метаморфических породах которых выявлены залежи нефти, запасы последних составляют сотые доли процента от общих запасов региона. Таково, например, соотношение числа месторождений и запасов нефти в метаморфических и осадочных породах в США и Венесуэле. В США лишь в десятках из десятков тысяч месторождений мелкие нефтяные и газовые залежи обнаружены в метаморфических породах, запасы же нефти и газа этих месторождений не превышают сотых долей процента. В Венесуэле, где насчитывается более сотни крупных и гигантских нефтяных месторождений, запасы которых достигают миллиардов тонн, а в целом превышают сотни миллиардов тонн, только в двух месторождениях Ла-Пац и Мара в метаморфических породах обнаружены небольшие залежи нефти. В настоящее время они уже разработаны. Запасы их не превысили сотен тысяч тонн. Везде для таких месторождений достаточно уверенно устанавливается связь нефти и газа с контактирующими или залегающими гипсометрически ниже осадочными породами.

Рамки настоящей книги не позволяют остановиться на имеющихся геохимических аргументах, свидетельствующих о том, что нефть и газы, образующие редкие залежи в метаморфических породах, связаны с органическим веществом осадочных пород.

Таким образом, имеющиеся данные о распространении битумов (в том числе и нефти) и углеводородных газов в магматических и метаморфических породах подтверждают правильность осадочно-миграционной теории их образования. Однако этим не ограничивается число аргументов, подтверждающих правильность данной теории, Среди них, пожалуй, первое место занимает закономерность распределения нефти и газа в земной коре, согласно которой 99,999% всех известных запасов нефти и газа связано с осадочными породами. Нет почти ни одной осадочной породы, в которой не были бы обнаружены в разных количествах жидкие, твердые и газообразные углеводороды.

Как на суше, так и в море, нефтяные и газовые месторождения не встречаются по одному, а всегда образуют группы или зоны, которые в свою очередь распространены в пределах крупных регионов, так называемых седиментационных бассейнов. Последние характеризуются наличием мощных толщ осадочных пород, среди которых, как правило, имеются одна или несколько пачек пород, обогащенных органическим веществом. Так, в Волго-Уральской провинции среди девонских отложений залегают доманиковые породы, содержащие до 10-15% органического вещества. В Западной Сибири среди верхнеюрских отложений имеется баженовская пачка глин, содержащих до 15 % органического вещества. При этом и в доманике, и особенно в баженовской свите содержатся залежи нефти.

В пределах каждого нефтегазоносного бассейна имеются один или несколько нефтегазоносных комплексов, с которыми связаны основные запасы нефти и газа. Например, в Западной Сибири залежи нефти содержатся преимущественно в верхнеюрских - нижнемеловых отложениях, а залежи газа - в верхнемеловых, в Волго-Уральской нефтегазоносной провинции основные запасы нефти связаны с девонскими и каменноугольными отложениями, а газа - чаще с пермскими. В Среднеевропейском бассейне (Северное море, ФРГ, Нидерланды, ГДР и ПНР) залежи газа встречаются-в нижнепермских отложениях, а нефти - в верхнепермских, юрских и меловых. При этом нередко одни продуктивные комплексы отделены от других мощными толщами почти непроницаемых пород (например, мощные толщи солей, развитие которых характерно для Среднеевропейского бассейна, ангидритов, характерных для Саудовской Аравии и смежных стран и т. д.), что исключает возможность попадания в широких масштабах нефти и газа из одних комплексов в другие.

Результаты анализов нефтей и органического вещества, содержащегося в породах отдельных стратиграфических комплексов, показывают, что по составу углеводородов, стабильных изотопов углерода, серы и водорода и по другим данным эти нефти и органическое вещество близки между собой и, наоборот, указанные компоненты разных стратиграфических комплексов существенно отличаются друг от друга. Так, нефти и органическое вещество каменноугольных отложений Волго-Уральской и Днепровско-Донецкой нефтегазоносных провинций сходны между собой по ряду показателей. В то же время нефти и органическое вещество девонских отложений по составу существенно отличаются от нефтей и органического вещества каменноугольных отложений. Аналогичную картину можно наблюдать и в Западной Сибири, где нефти юрских отложений по всем параметрам существенно отличаются от нефтей меловых и палеозойских отложений.

Правильность теории образования нефти и газа из органического вещества осадочных пород подтверждается и результатами проведенных в разных странах экспериментов, и материалами обобщения наблюдений над природными объектами. Как отмечалось, некоторые (исследователи у нас в стране и за рубежом провели (эксперименты, в которых имитировались условия, существующие на глубине. При этом в отличие от экспериментов, проводившихся в начале настоящего столетия, в качестве исходного вещества брались не какие-то искусственные химические соединения, наличие которых в земной коре неизвестно, а реальные осадки или осадочные породы, обогащенные органическим веществом. Эти породы помещались в автоклавы, где создавались Давления и температуры, реально существующие на глубинах в несколько километров. После многомесячных экспериментов было установлено, что при этом образуется все компоненты нефтей и углеводородных газов. Проведенные эксперименты, данные исследований природных объектов, а также теоретические основы кинетики химических процессов позволили создать математическую модель кинетики процесса нефтегазообразования. С ее помощью установлено, что на кинетику процессов нефтегазообразования основное влияние оказывают три фактора: состав исходного органического вещества, температура и время.

Правильность этой модели подтверждается самыми различными природными данными. Так, в частности, оказалось, что чем древнее отложения, тем ниже температура, при которой начался процесс интенсивного образования нефти. И это подтверждается данными по многим самым различным районам мира. Однако время не полностью может компенсировать температуру: в тех регионах, где отложения, обогащенные органическим веществом, не погрузились на достаточную глубину, т. е. не подверглись необходимому термическому воздействию, в них не образовалось заметных количеств нефти, а образовался только газ. Примерами этого являются верхнемеловые отложения Западной Сибири, майкопские отложения Ставрополья, мэотические отложения Северной Болгарии и т. д.

Влияние температур на степень преобразования органического вещества особенно хорошо изучено по ископаемым углям, как известно, образовавшимся из органического вещества наземных растений. Так, ископаемые угли Подмосковного бассейна, не испытавшие значительного погружения и, стало быть, не подвергшиеся действию высоких температур, - бурые, относительно слабо измененные, а угли Донбасса, которые начали образовываться в ту же раннекаменноугольную эпоху, что и угли Подмосковья, - каменные и даже в отдельных зонах переходят в полуантрациты и антрациты.

Правильность теории органического происхождения нефти подтверждается также и тем, что по мере углубления исследований как органического вещества, так и нефтей и газов между ними устанавливается все больше родственных связей. В самом деле, еще несколько десятилетий назад связи между этими веществами определялись лишь по сходству общего химического состава. С переходом на более тонкие виды анализов было выяснено, что соотношение различных групп углеводородов в органическом веществе и образовавшейся из него нефти близко. С переходом на молекулярный и атомарный уровни исследований удалось не только обнаружить индивидуальные углеводороды, которые из органического вещества перешли в нефть, но и установить "биологических" предшественников некоторых углеводородов, содержащихся в нефти, выявить генетическую связь этих веществ по изотопному составу углерода и серы.

Таким образом, гипотеза органического происхождения нефти, зародившаяся на основе преимущественно геологических данных по сравнительно ограниченному числу объектов, подтвердилась на огромном числе новых объектов (несколько десятков тысяч) и подкреплена многогранной химической информацией, корректно проведенными экспериментами, наконец, описывается различными математическими моделями. Следовательно, по всем современным критериям эта гипотеза вполне отвечает требованиям, предъявляемым к теориям и, стало быть, обоснованно называется теорией происхождения нефти и углеводородных газов.