Читать книгу История нефти. «Чёрное золото» – универсальный продукт - Петр Бакинский - Страница 5

Этот вопрос давно интересовал учёных, но до сих пор так и не решен. На сегодняшний день есть биогенная теория, абиогенная и даже теория космического происхождения.

Ещё со времен античности учёные пытались найти объяснение происхождению нефти. Например, древнегреческий учёный Страбон писал: «В области аполлонийцев есть место под названием Нимфей, это – скала, извергающая огонь, а под ней текут источники тёплой воды и асфальта, вероятно, от сгорания асфальтовых глыб под землей. Поблизости на холме находится асфальтовый рудник, который после истощения с течением времени снова восполняется, так как земля, засыпанная в ямы, по словам Посидония, превращается в асфальт. Посидоний упоминает также о содержащей асфальт земле, добываемой на виноградниках в Селевкии Пиерийской, как лечебном средстве против паразитов виноградной лозы. Если намазать лозу смесью асфальтовой земли и оливкового масла, то она убивает насекомых прежде, чем они успеют подняться к росткам от корней. Землю с такими же свойствами, продолжает Посидоний, находили и на Родосе (когда он занимал там должность притана), но эта земля требовала, впрочем, больше оливкового масла». Считается, что асфальтом он называл нефть.

Биогенную теорию впервые в России сформулировал М. В. Ломоносов. Известные учёные того времени были практически единодушны в природе образования нефти, различались только мнения насчет исходного материала. Некоторые считали его доисторическими растениями, другие – животными.

Уже в Новое время немецкие учёные Г. Гефер и К. Энглер проводили опыты, пытаясь получить нефть из биологических материалов. Им удалось получить вещество, состав которого отдаленно напоминал нефть.

Нимфей, это – скала, извергающая огонь, а под ней текут источники тёплой воды и асфальта

Ту же цель имели изыскания академика Н. Д. Зелинского с органическим илом. Он взял за исходный материал растительный ил озера Балхаш. Ему удалось получить бензин, керосин, метан и тяжёлые металлы.

С 1930-х годов сторонником биогенного нефтеобразования (органического происхождения нефти) был И. М. Губкин, имя которого теперь носит Российский государственный университет нефти и газа.

По биогенной теории в тёплых древних морях происходит захоронение остатков зоопланктона и водорослей, при этом остатков получается гораздо больше, чем может разложиться. При погружении осадков на глубину 3–6 км с повышением температуры свыше +50 °C органическое вещество подвергается определенному распаду всех компонентов, и при этом образуются жидкие углеводороды. Они имеют повышенную подвижность, и микронефть может перемещаться из первоначальных пород, собираясь в ловушках.

Эту теорию подтверждает то, что при изучении молекулярного состава углеводородов были обнаружены хемофоссилии – молекулярные структуры биогенной природы.

Считается, что процесс нефтеобразования занимает от 50 до 350 миллионов лет и проходит несколько стадий.

Осадконакопление – остатки живых организмов выпадают на дно водных бассейнов.

Биохимическая фаза нефтеобразования (диагенез) – процессы уплотнения, обезвоживания и биохимические процессы в условиях ограниченного доступа кислорода.

Протокатагенез – опускание пласта органических остатков на глубины до 1,5–2 км при медленном подъёме температуры и давления.

Мезокатагенез (главная фаза нефтеобразования) – опускание пласта органических остатков на глубину до 3–4 км при подъёме температуры до +150 °C.

Апокатагенез керогена (главная фаза газообразования) – опускание пласта органических остатков на глубину более 4,5 км при подъёме температуры до +180–250° C.

Абиогенная теория говорит о неорганическом происхождении нефти. Её выдвинули Д. И. Менделеев и П. Бертло, потом поддержали многие другие учёные. По мнению М. Бертло нефть образуется из минеральных веществ. Менделеев же представил на заседании химического сообщества в 1876 году гипотезу образования нефти с участием воды. Стекая по трещинам и разломам, образующимся в результате горообразовательных процессов, она под давлением и воздействием высоких температур взаимодействует с карбидами железа. Образующиеся оксиды и углеводороды по тем же разломам поднимаются к верхним слоям земли и насыщают её пористые породы, образуя скопления нефти и газовые месторождения.

Сейчас гипотеза неорганического происхождения базируется на том, что углеводороды образуются в мантии Земли из-за неорганического синтеза на сверхбольших глубинах в условиях колоссальных давлений и высоких температур из неорганического углерода и водорода. Для синтеза углеводородных систем необходимы температура и давление, какие имеются в верхней мантии Земли на глубинах 50–240 км. Через глубинные разломы образовавшиеся в мантии углеводороды проникают в земную кору, где и образуют нефтегазовые месторождения.

Наиболее весомый аргумент в пользу неорганической теории состоит в том, что углеводороды есть не только на Земле, но и в метеоритах, хвостах комет, в атмосфере других планет и в рассеянном космическом веществе. Так, присутствие метана отмечено на Юпитере, Сатурне, Уране и Нептуне. На Титане, спутнике Сатурна, обнаружены реки и озёра, состоящие из смеси метана, этана, пропана, этилена и ацетилена. Если на других планетах Солнечной системы эти вещества могут образовываться без участия биологических объектов, почему это невозможно на Земле?

Гипотеза неорганического происхождения базируется на том, что углеводороды образуются в мантии Земли

Есть и космическая гипотеза происхождения нефти. По мнению геолога В. Д. Соколова в далекие времена Земля была окутана газом, состав которого включал углеводороды. Постепенно охлаждаясь, газ переходил в жидкое состояние, а углеводороды растворялись в густой магме. Далее по законам физики магма твердела и выделенные из неё углеводороды поднимались по трещинам вверх, образуя залежи газа и нефти. Естествоиспытатель В. Сальников выдвинул свой вариант этой гипотезы, предположив, что некая планета упала на Землю, спровоцировав вулканическую и горообразующую активность. Содержащиеся в её составе углеводороды были залиты мощными потоками вулканического пепла и грязи и ушли глубоко под землю, где в результате давления и действия высоких температур они превратились в скопления нефти и газа.

Помимо трёх основных теорий происхождения нефти существует ещё несколько альтернативных версий.

Животная гипотеза описывает происхождение нефти как процесс скопления жира морских животных.

«Органическая в неорганической». Эта теория носит смешанный характер и основывается на особенностях тектоники плит земли. Подразумевается втягивание органического вещества в глубокие неорганические зоны.

Магматическая теория происхождения нефти. По ней нефть образуется в магме в небольших количествах, а после поднимается по разломам и трещинам, заполняя пористые песчаники.

Климатическая. Это одна из современных теорий происхождения нефти, разработанная российскими учёными из Института проблем нефти и газа РАН. Они считают, что дождевая вода содержит углерод в виде гидрокарбоната. Он попадает в землю, там преобразуется и попадает в природные резервуары, называемые осадочными бассейнами. Согласно этой гипотезе, таким образом формируется 90 % нефти, и только 10 % её было получено в результате разложения органических останков животных и растений. И тогда скорость восстановления нефтяных запасов происходит не тысячелетиями, а всего лишь десятками лет. Эти учёные считают, что чем интенсивнее человек будет перерабатывать углеводороды, тем быстрее они будут попадать обратно в землю и образовывать новые нефтяные массы.

Из метана. Гипотеза Томаса Голда говорит о происхождении нефти из глубинного метана, исходящего из мантии Земли. Голд допускал, что этот метан может частично перерабатываться при участии микроорганизмов (глубокая горячая биосфера), что, по его мнению, должно объяснять наличие биомаркеров в нефти.

В последнее время был открыт ряд нефтяных месторождений ниже так называемого «нефтяного окна», что заставило некоторых учёных сомневаться в теории осадочного происхождения нефти. Нефтяное окно соответствует температурам в земной коре +50–150 °C и глубинам от 2,3 до 4,6 км; ниже него находится газовое окно. Обнаружено множество сверхглубоких месторождений в Мексиканском заливе (от 7,8 до 10,7 км), месторождение Кариока Шугар Лоуф на бразильском шельфе Атлантики при глубине залегания продуктивных горизонтов свыше 5,5 км.

Эксперименты российских, американских, западноевропейских и китайских учёных показали: из неорганических компонентов при высоких давлениях и температурах, сходных с условиями верхней мантии Земли, синтезируется смесь тяжёлых углеводородов, сходная по своему составу с природной нефтью, количество которой возрастает с ростом давления. А присутствие биомаркеров в природной нефти может быть связано не с их органическим происхождением, а с накоплением в ходе фильтрации через осадочные слои, содержащие органические вещества.

Обнаружено множество сверхглубоких месторождений в Мексиканском заливе

Характеристики нефти могут значительно различаться для разных месторождений.

Она состоит из углерода – 83–87 %, водорода – 12–14 % и серы – до 7 %. Также в нефти присутствует до 1,7 % азота и до 3,5 % кислорода в виде разнообразных соединений. В очень небольших количествах бывают редкие металлы (медь, хром, молибден, железо, никель).

В зависимости от того, каким образом в составе нефти сочетаются разные углеводороды, она бывает прозрачной и текучей либо вязкой.

Чистые углеводороды бесцветны. Цвет нефти придают разнообразные примеси, в основном смолы.

Основные ресурсы нефти сосредоточены в мезозойских и кайнозойских отложениях, сформировавшихся от нескольких десятков млн до 250 млн лет назад. Однако добыча нефти ведётся и из палеозойских отложений (до 500 млн лет назад), а в Восточной Сибири – даже из отложений верхнего протерозоя, которым более полумиллиарда лет.

Многочисленные нефтяные месторождения встречаются в отложениях девона (420–360 млн лет назад).

Некоторые гигантские и крупные месторождения (Иран, Ирак) нефти находят в отложениях палеогена (66–23 млн лет назад). Известны месторождения нефти в четвертичных породах возрастом менее 2 млн лет (Азербайджан).

Крупнейшие (гигантские) нефтяные месторождения – это нефтяные месторождения с запасами более 1 млрд тонн или 6,3 млрд баррелей нефти (Кувейт, Саудовская Аравия, Бразилия).

Уникальные (супергигантские) нефтяные месторождения – это нефтяные месторождения с запасами более 5 млрд тонн или 32 млрд баррелей нефти (Мексика, Саудовская Аравия, Венесуэла, Россия).