Поверхностные нафтидопроявления

Нафтиды встречаются на поверхности земли в различном виде. Некоторые их проявления можно рассматривать как активные, или «живые». К ним относятся: 1) всякого рода высачивания битумов и 2) проявления, связанные с источниками, грязевыми вулканами и грязевыми потоками (mud flows). Другие проявления можно отнести к фоссилизированным, или «мертвым», скоплениям. Сюда включаются: 3) пропитанные битумами отложения, выветрившиеся скопления, дайки и жилы, образованные твердым битумом, и 4) заполненные битумами полости и каверны в породе. Многие поверхностные скопления сочетают в себе два и более подобных типа и поэтому не могут быть точно классифицированы. Еще один тип поверхностных проявлений представляют собой битуминозные, или горючие, сланцы (oil shales). Горючее вещество в их составе, или кероген, в химической классификации углеводородов образует особый класс, занимающий промежуточное положение между нефтяными углеводородами и углями.

[Такое определение керогена нельзя признать удачным по многим причинам. Лучшее, хотя тоже не удовлетворительное (во многом из-за весьма вольного толкования термина «углеводороды»), объяснение сущности керогена приведено в конце книги в Приложении. В первоначальном узком смысле «кероген» - это органическое вещество сапропелевой природы в морских глинистых породах. В широком понимании, получающем теперь распространение в нашей литературе, ‑ это вообще любое углистое органическое вещество, рассеянное в субаквальных породах. У ряда американских химиков наметилась тенденция именовать керогеном только ту часть (всегда резко преобладающую) органического вещества пород, которая нерастворима в органических растворителях. Поскольку типы последних и условия экстракции не оговариваются, постольку термин «кероген» у таких авторов теряет свою определенность. Хотя в природных условиях эти вещества, образующие кероген, твердые, при нагревании до 350°С и более они разлагаются и дают начало газообразным и жидким углеводородам. Поэтому такие горючие вещества называют пиробитумами. С ними (с керогеном) часто тесно связаны свободные углеводороды, но можно полагать, что эта связь обусловлена скорее олеофильностыо керогена, а не тем, что он является источником нефти. [В данном случае автор глубоко ошибается. Кероген сапропелевой природы в определенных температурных условиях за геологическое время генерирует существенное количество битумоида, а в его составе ‑ углеводороды микронефти. Это, в частности, показали М. Луи и Б. Тиссо].

Выходы, источники и высачивание битумов (нафтидов). Нафтиды (petroleum) - нефть, газ и жидкий асфальт, ‑ образующие источники и высачивания, могут достигать поверхности земли по трещинам, поверхностям разломов, несогласий и напластований или по связанной системе пор в породах. Наиболее обычные пути миграции углеводородов схематично показаны на фиг. 2-1. Большинство их выходов на поверхность, вероятно, обусловлено медленной утечкой углеводородов из весьма крупных скоплений, которые оказались или приближенными в результате эрозии к поверхности земли и попали в зону трещиноватости, или приурочены к ловушкам,

¹Промышленным называется такое скопление (залежь) нефти и газа, характер и размер которого гарантирует эксплуатацию и получение товарной продукции. Разработка их может, однако, и не приносить прибыль. Если разработка скоплений экономически неэффективна, то могут быть приняты меры к повышению ее рентабельности. 3 других случаях эксплуатацию таких скоплений придется приостановить до улучшения экономической ситуации, когда разработка станет достаточно прибыльной.

образованным при участии тектонических разрывов. Высачивание нафтидов на поверхность ‑ явление, весьма обычное для сложенных осадочными породами районов. Многие залежи и целые нефтегазоносные регионы были открыты после того, как вблизи нефтегазопроявлений было проведено бурение [1]. Иногда выделения углеводородов оказывались связанными с их залежами, однако гораздо чаще такой связи не отмечалось, а нафтидопроявления на поверхности просто служили прямым доказательством присутствия нефти и (или) газа в районе.

Поверхностные проявления нефти и газа часто ассоциируются с водными источниками. Нефть плавает на поверхности воды, а газ поднимается в виде пузырей и выделяется в воздух. Если это происходит в застойном бассейне.

Фиг. 2-1. Разрезы, показывающие расположение типичных поверхностных нефте-и газопроявлений по отношению к нижележащей структуре.

Проявления обозначены крестиками, залежи нефти и газа заштрихованы. А ‑ проявления приурочены к выходам на дневную поверхность залежи (слева) и поверхности несогласия (справа); Б ‑ проявления связаны со сбросом, выходящим на дневную поверхность; В ‑ проявления наблюдаются над антиклинальной складкой, разбитой тектоническими нарушениями: Г ‑ проявления связаны с надвигом, выходя­щим на поверхность; Д ‑ проявления сопровождают диапировую структуру; Е ‑ проявления наблюдаются над соляным штоком и обусловлены развитыми над ним сбросами.

нефть после испарения воды образует вязкую или твердую массу. Если же водный источник, несущий нефть, вливается в поток, нефть течет вместе с водой до тех пор, пока она либо не исчезнет в результате окисления или бактериальных процессов, либо не переотложится на дне океана. Для нефтяных пленок, плавающих на поверхности воды, характерны радужные переливы; иногда они напоминают пленки окислов железа, но в отличие от последних не распадаются на отдельные части при перемешивании воды. Выделение газа легче наблюдать в болотах, когда он в виде пузырей выходит из воды. В сухих пустынных районах газопроявления на поверхности далеко не всегда удается распознать.

Поверхностные нефтепроявления могут быть очень крупными по размеру. Некоторые скопления нефти и асфальта, такие, например, какие известны в южной Калифорнии, Венесуэле, Тринидаде и в районе Баку в СССР, занимают площади в сотни и даже тысячи акров и представляют собой, должно быть, остатки крупных залежей нефти. Нафтиды в подобных скоплениях обычно представлены вязкими и полутвердыми мальтами и (или) асфальтами, но они могут становиться жидкими и приобретать текучесть при нагревании во время суточных или сезонных повышений температуры. Землетрясения также могут вызывать усиленное истечение нефти. Крупные поверхностные скопления иногда образованы почти чистыми нефтью, асфальтом или полутвердыми битумами, но часто к ним примешиваются различные количества песка, глины, обломки древесины, листья, торф, кости животных и другие предметы.

Многие из сравнительно крупных скоплений нафтидов на поверхности имеют определенное экономическое значение. Одним из самых крупных и, пожалуй, наиболее известных из подобных скоплений является асфальтовое озеро на юго-западе острова Тринидад, вблизи побережья залива Пария [2]. Оно заполняет почти круглую депрессию в рельефе и имеет около 2000 футов в диаметре и более 135 футов глубины в центральной части. Под озером располагается пологий структурный купол, содержащий тяжелую нефть в плиоценовых и верхнемиоценовых слоях. Вблизи центра депрессии ведется добыча асфальта. Отбираемый асфальт пополняется поднимающимися снизу массами, так что в озере наблюдается медленное течение от центра к его берегам. С асфальтом связано некоторое количество газа, который в виде пузырей проходит сквозь воду, скапливающуюся в небольших углублениях поверхности. Многие из этих углублений представляют собой мелкие синклинали между складками на поверхности асфальта, затвердевшего в результате воздействия воздуха. Присутствие газа обусловливает пористость и ячеистую структуру асфальта. Полагают, что за все время эксплуатации из озера будет добыто свыше 25 млн. т асфальта; к настоящему времени более половины этого количества уже извлечено. Состав получаемой продукции удивительно постоянен; кроме асфальта, в нее входят газ, вода, песок и глина.

На Тринидаде встречаются и многочисленные другие скопления нафтидов на поверх­ности [3], но они обычно настолько загрязнены обломочным материалом, что не имеют промышленного значения. Особенно примечателен в этом отношении заповедник Тринити-Форест, где выходы асфальта на поверхность протягиваются на много миль [4].

Неподалеку от Тринидада, в восточной Венесуэле, расположено еще одно большое асфальтовое озеро ‑ Бермудес. Это одно из крупнейших на земном шаре месторождений чистого асфальта, открытых до настоящего времени [5]. Оно занимает площадь свыше 1100 акров и содержит жидкий асфальт до глубины 20 футов; средняя его глубина 5 футов. Асфальт поступает из источников и остается мягким и полужидким (мальта) под твердой коркой, покрывающей его сверху. Поскольку месторождение не разрабатывается уже в течение многих лет, оно покрыто сверху растительным покровом и отдельными озерцами воды.

Многочисленные выходы асфальта (tar and asphalt), многие из которых весьма крупные, встречаются в пределах Береговых хребтов, на расстоянии 140 миль от Лос-Анджелеса до Коалинги. Вероятно, наиболее значительные из этих выходов известны в районе долина Охай ‑ Салфер-Маунтин, где они были давно изучены профессором Йельского колледжа Б. Силлимоном. В 1864 г., во время посещения Калифорнии, он так описал выходы на ранчо Охай: «Нефть пробивается на поверхность в любом возможном месте и уносится реками на многие мили» [6].

Одни из самых известных на земном шаре нефтегазопроявлений ‑ это многочисленные выходы углеводородов на Среднем Востоке. Они представлены выходами нефти и газа, асфальтовыми озерами, залежами битума и скоплениями асфальта, плавающими на поверхности моря. Наиболее значительные из них наряду с нефтяными месторождениями показаны на фиг. 2-2. Эти выходы углеводородов упоминаются во многих древнейших письменных документах. Начиная с самых ранних известных нам этапов истории и до настоящего времени нафтиды имели огромное значение в жизни народов, заселявших эти районы. Из многих старинных описаний выходов нафтидов [7] только некоторые, представляющие собой наиболее яркие примеры их, упоминаются в этой работе.

Пожалуй, наиболее знаменит выход углеводородов в Хите [8], Ирак (см. фиг. 2-2). Задолго до начала нашей эры из него, как и из многих других известных в древности выходов, добывались битумы. Разработки битума, производившиеся из-за его считавшихся целебными свойств [9], играли большую роль в жизни местного населения.

Одна из основных продуктивных формаций крупнейших нефтяных месторождений Ирана ‑ известняки Асмари (нижний миоцен и верхний олигоцен). На северо-востоке, где они обнажаются вдоль предгорий, отмечается множество выходов нефти и газа, приуроченных либо непосредственно к известнякам, либо к тесно связанным с ними отложениям [10]. Крупные нефте- и газопроявления обнаружены на поверхности над нефтяными месторождениями Кайяра, Киркук, Нефтхане, Нефтшах и Масджеде-Солейман.

Много упоминаний о битумах (нафтидах) встречается в Ветхом завете. «Долина Сиддон была покрыта ямами с черной слизистой смолой», т.е. асфальтом (Книга Бытия, 14: 10). Строители Вавилона использовали «нефть из кремнистой породы» (Второзаконие, 32: 13). Когда Моисею было три месяца и его мать «не могла больше прятать его, она сплела для него корзину из камыша, обмазала ее илом и смолой (pitch) и положила в нее ребенка» (Исход. 2: 3). Одно время Мертвое море, в окрестностях которого обнажается много пропитанных битумом песчаников и известны выходы и скопления битумов, называлось «Асфальтовым озером» [11]. И сейчас еще находят плавающие в его водах куски асфальта, но источник их неизвестен.

Издавна известны также многочисленные выходы нафтидов в районах, окружающих Кавказские горы, особенно на Апшеронском полуострове [12]. Ряд этих проявлений связан с грязевыми вулканами (см. стр. 33-35: глава 2, фиг. 2-5, А.Ф.). Марко Поло в конце XIII в. писал об одном из выходов нефти в районе Баку, где существует фонтан, из которого нефть бьет в столь большом количестве, что за один раз здесь можно было бы нагрузить ею сотню судов [13]. Один из выходов газа вблизи Баку, известный под названием «неугасимых огней», ежегодно посещало тысячи огнепоклонников, многие из которых прибывали издалека [14].

В ряде мест на земном шаре известны нафтидопроявления в море, где нефть и газ поднимаются со дна. Наиболее известны среди них выходы около Санта-Барбара в Калифорнии [15], у южных, восточных и западных берегов Тринидада, в заливе Консетс

Фиг. 2-2. Карта распространения нефтяных залежей, а также некоторых широко известных нефте- и газопроявлении на Среднем Востоке.

1 ‑ города; 2 ‑ нафтидопроявления; 3 ‑ нефтяные месторождения; 4 ‑ газовые месторождения.

на острове Барбадос [16]; недалеко от полуострова Юкатана в Мексиканском заливе; юго-восточнее Анкона в Эквадоре [17], где смешанная с нефтью пена приносится со стороны океана, а также в Каспийском море близ Апшеронского полуострова. Подобные нафтидопроявления на морском дне, вероятно, связаны, как и проявления на суше, с зонами трещиноватости, ведущими к погребенным залежам.

Грязевые вулканы и грязевые потоки. Большинство грязевых вулканов представляют собой выбросы газа, находящегося под большим давлением и выносящего с собой воду, грязь, песок, обломки горных пород и изредка нефть. Грязевые вулканы, как правило, приурочены к регионам, где в разрезе развиты некомпетентные толщи мягких глинистых пород, галечники, отложения подводных оползней, глины, пески и неконсолидированные осадки, т.е. породы, характерные для молодых, например третичных, отложений.

На поверхности грязевые вулканы выражены в виде грязевых конусов, имеющих кратеры, через которые периодически или непрерывно выбрасывается газ. Отдельные консуы или группы конусов могут занимать территорию в несколько квадратных миль, высота их может достигать более чем 1000 футов, хотя гораздо чаще она измеряется десятками или сотнями футов. Однако некоторые грязевые вулканы встречаются на поверхности в виде депрессий в рельефе или как ровные участки земли, усеянные эрратическими обломками пород, вынесенными из недр. Грязевые вулканы этого типа распространены обычно в районах, для которых характерны сильные ливневые дожди, или на морских побережьях, где приливы и волны размывают мягкие породы конусов с такой же скоростью, с какой они выбрасываются из недр Земли. При этом на поверхности остаются эрратические гальки и валуны [правильнее говорить об обломках], часто очень крупные, которые были вынесены с глубины грязевыми потоками. Иногда эрратические валуны покрывают погребенные поверхности несогласия и устанавливаются здесь при бурении скважин. Возможно, эти отложения представляют собой образования древних грязевых вулканов или грязевых потоков, но могут быть также и остатками погребенных подводных оползней, таких же, какие, видимо, образуют современные грязевые потоки. Если не учитывать их эрратическое происхождение, можно допустить крупные ошибки при изучении стратиграфии и геологической истории района.

С грязевыми вулканами часто связаны грязевые потоки и брекчии, сопро­вождаемые иногда небольшими выделениями газа. Эти потоки образуются в результате поступления материала через разрывы и трещины или выжимания его вдоль поверхностей напластования и разломов при формировании диапировых складок (см. также стр. 235-238: фиг. 6-9 – 6-13, А.Ф.). Сходство во внешних проявлениях грязевых вулканов и грязевых потоков (сопочных брекчий) с настоящими вулканическими извержениями побудило Куглера [18] применить для этого явления термин «осадочный вулканизм». Покровы вязкой грязи, часто связанные с экструзивными выделениями, время от времени резко прорываются, когда давление скапливающегося под ними газа становится достаточно высоким.

Многие грязевые вулканы, особенно более крупные из них, образуются в местах развития антиклиналей, тектонических разрывов или диапировых складок. Чаще всего грязевые вулканы возникают над антиклинальными структурами, в верхней части разреза которых залегает мощная пачка плотных глин. При сухой погоде глины обезвоживаются и растрескиваются; если трещины проникают достаточно глубоко, через них начинает выделяться небольшое количество газа. Однажды образовавшись, такой канал остается открытым благодаря постоянному проникновению через него газа. По мере того как газ поднимается из недр, он смешивается с глиной и пластовой водой. В результате образуется грязь, изливающаяся на поверхность непрерывно или спорадически, что зависит от величины местного давления, имеющегося количества газа, воды и грязи, а также от размера и формы проводящего канала. Грязевые вулканы наиболее активны после длительных периодов засухи, поскольку в эти периоды трещины усыхания расширяются и проникают на большую глубину [19].

Так же как и при настоящих вулканических извержениях, на склонах конуса грязевого вулкана могут образовываться дополнительные жерла, через которые выбрасывается грязь. Это происходит тогда, когда основное жерло оказывается перекрытым в результате заполнения его породой или когда сам вулканический конус становится чрезмерно большим. Извержения некоторых грязевых вулканов, выбрасывающих большие количества газа и грязи, бывают очень эффектны [20]. Вулканический конус может частично образовываться брекчиями, отдельными обломками и целыми блоками пород, смешанными с массой грязи. Брекчия и эрратические блоки, встречающиеся в некоторых грязевых потоках, по-видимому, были оторваны от стенок жерла

Фиг. 2-3. Карта распространения нефтяных месторождений, а также грязевых потоков и грязевых вулканов на Ашперонском полуострове СССР (см. также фиг. 2-2).

1 ‑ постолигоценовые отложения; 2 ‑ нефтяные месторождения; 3 ‑ разведочные площади; 4 ‑ олигоценовые и более древние отложения; 5 ‑ грязевые вулканы; 6 ‑ оси антиклиналей.

при движении газа и грязи к поверхности. Однако вероятнее, что они выносятся с небольших глубин, а источником их является так называемый «дикий флиш» ‑ погребенные пласты, сложенные отложениями древних подводных оползней, такими, как эрратические гальки и валуны, погруженные в илистый материал (Н.G. Kugler, устное сообщение)¹. Такие породы при смачивании и насыщении их газом становятся некомпетентными и без труда выжимаются при образовании складок [чего ни в коем случае нельзя сказать о диком флише]. Поднимающиеся газ и вода легко захватывают мягкий илистый материал вместе с перемешанными с ним эрратическими гальками и валунами и несут его к поверхности земли, где он извергается в виде грязевого потока.

Грязевые вулканы и грязевые потоки, несущие брекчии, интересуют геолога-нефтяника главным образом потому, что они указывают на присутствие газа в недрах.

¹В данном случае можно было бы говорить разве только о сходстве некоторых типов сопочной брекчии с диким флишем (в составе которого часто играют большую роль подводно-оползневые п обвальные образования), но не о самом диком флише, так как дикий флиш образуется в особых условиях ‑ на склоне Кордильеры, протягивающейся вдоль флишевого трога. ‑ Прим. ред.

Развитие таких явлений в регионе заставляет геолога быть крайне осторожным при стратиграфической интерпретации погребенных толщ, сложенных необычными породами и содержащих аномальные количества органических остатков, поскольку может оказаться, что эти породы и органические остатки принадлежат эрратическим обломкам, заключенным в древних грязевых потоках. Подобные обломки указывают на присутствие вблизи поверхности земли погребенных подводно-оползневых образований. Такие примечательные объекты, как грязевые вулканы, вряд ли могут долго оставаться незамеченными, поэтому вероятность открытия новых районов грязевых вулканов и грязевых потоков очень невелика. Однако, несомненно, еще будут обнаружены новые потоки в уже известных регионах грязевого вулканизма.

Одними из крупнейших и наиболее эффектных грязевых вулканов земного шара являются вулканы, известные в районе Баку на Апшеронском полуострове (см. фиг. 2-3). Они неоднократно описывались многими авторами [21]. Грязевые вулканы здесь, как правило, связаны с диапировыми складками в мягких третичных отложениях. Местами грязь, смешанная с брекчией, не содержит газа и медленно вытекает из трещин в породах, подобно зубной пасте, выдавливаемой из тюбика. Сопки некоторых грязевых вулканов, таких, как Таурагай,

Фиг. 2-4. Разрез месторождения Биби-Эйбат в районе Баку, Азербайджан, СССР (расположение месторождения см. на фиг. 2-3). (Труды XVII Международного геологического конгресса, 4, стр. 129, фиг. 12, М., 1940.)

Верхняя часть месторождения прорвана древним грязевым вулканом (заштрихован). Это одно из многочисленных многопластовых месторождений района Баку. Структура представляет собой крупную вытянутую складку, разорванную небольшими тектоническими нарушениями. Залежи нефти показаны черным. ПН ‑ подкирмакинская свита; НКГ ‑ надкирмакинская глина; НКП ‑ надкирмакинский песчаник.

Кяниза-Даг и Калмас, воздымаются на высоту до 1200 футов (400 м) над уровнем Каспийского моря. В этом регионе обнаружено и множество других, менее крупных грязевых сопок. Во время извержений в атмосферу часто выбрасывается огромное количество газа; когда газ воспламеняется, зрелище извержения бывает чрезвычайно эффектным. Во время извержения вулкана Отман-Бояз-Даг в 1922 г. столб дыма от горящего газа поднимался на высоту 14 км. Пламя пожара при извержении вулкана Таурагай было видно на расстоянии до 700 км. Жар горящего газа спекает и сплавляет глины и грязь, превращая их в черный пористый шлак и порцелланиты. При бурении в этом регионе часто вскрываются внутриформационные брекчии, которые, возможно, представляют собой образования древних грязевых потоков или подводных оползней; эти брекчии обычно сильно

Фиг. 2-5. Разрез нефтяного месторождения Барракпор, Тринидад (Suter, Colonial Geology and Mineral Resources, 3, № 1, p. 18, Fig. 13, 1952).

Диапировая складка с грязе-вулканической брекчией в ядре.

1 ‑ песчаники; 2 – грязевая брекчия; 3 ‑ верхний олигоцен.

затрудняют стратиграфическую корреляцию разрезов. На фиг. 2-4 показан разрез ископаемого грязевого вулкана и грязевых потоков в Биби-Эйбате.

Издавна известны грязевые вулканы в Бирме [22]. Наиболее значительные из них находятся на побережье Аракан [23]. Извержения вулканов на острове Чедуба и в Минбу иногда отличаются поразительной силой и сопровождаются горящим газом. Очевидец извержения на острове Чедуба так описал свои впечатления: «Я увидел, как что-то, принятое мною сначала за черную тучу, но что без сомнения представляло собою грязь, взметнулось высоко над кронами деревьев, а мгновение спустя появилось темно-красное пламя и густой черный дым, которые, как показалось мне, взметнулись прямо в облака». Вулканы в районе Минбу располагаются вдоль крупного разлома в двух милях южнее группы продуктивных скважин, дающих нефть в северной части месторождения Минбу. Здесь обнаружены семь или восемь вулканических конусов. Некоторые из них представляют собой холмы, сложенные светло-серой грязью и воздымающиеся на высоту до 100 футов, другие же ‑ просто обширные скопления жидкой грязи, на поверхности которой каждые 10-15 сек появляются и лопаются огромные пузыри газа.

Множество грязевых вулканов и грязевых потоков встречено к югу от горного хребта в центральной части острова Тринидад [24]. Вулканы, как правило, небольших размеров, имеют форму конусов и извергают грязь с газом. Вдоль южного побережья Тринидада между Пало-Секо и Эрином весь пляж покрыт эрратическими блоками известковых песчаников. Один из блоков имеет объем около 90 куб. футов, а многие другие измеряются несколькими кубическими футами. Эти эрратические блоки остались на пляже после того, как волны размыли конусы грязевых вулканов и вынесли илистый материал в море. Уикс [25] описал один из таких вулканов высотой 9-10 футов над уровнем моря; во время извержения вулкан выбрасывал в воздух фонтан воды на 6-8 футов. Грязевая брекчия, приуроченная к нефтяному месторождению, показана в разрезе месторождения Баррак-пор в районе Диджити, Тринидад (фиг. 2-5).

Распространение твердых нафтидов. Нафтиды в природе встречаются также в состоянии, которое принято считать твердым, хотя, строго говоря, некоторые из них являются высоковязкими жидкостями. Сюда относятся гудрон (tar)¹, асфальт, озокерит и пиробитум [26]. На поверхности твердые нафтиды встречаются либо в виде рассеянных вкраплений в породах, либо в виде скоплений по трещинам и разрывам и тогда образующих жилы и дайки.

[Классификация твердых, полутвердых и полужидких нафтидов гораздо лучше разработана в СССР В.Н. Муратовым и В.А. Успенским. Основная генетическая линия нафтидов является гипергенной. Если иметь в виду только наиболее распространенные представители этого ряда, то надо назвать малъты (содержат масляную фракцию в пределах 40-65%), затем асфалъты (масел от 25 до 40%) и, наконец, асфальтиты (масел менее 25%).

Все эти нафтиды полностью растворяются в хлороформе. Среди асфальтитов различают два основных минералоида ‑ гильсониты, плавящиеся при 100-120°С без разложения, и грэемиты, плавящиеся при 200-300°С уже с деструкцией.

В одних случаях дальнейшее изменение асфальтита ведет к нерастворимым в хлороформе керитам, среди которых различают алъбертиты и импсониты, а также другие разновидности; в других же случаях ‑ к оксикеритам и гуминокеритам.

К керитам часто относят еще плохо изученные нафтиды, имеющие различное происхождение, в том числе претерпевшие сильный катагенез и (или) воздействие гидротерм].

Рассеянные нафтиды. Отложения, содержащие нафтиды в виде асфальта, битума, смолы или густой тяжелой нефти, которые рассеяны в поровом пространстве пород и входят в состав их основной массы либо цементирующего материала, весьма обычны для многих районов земного шара. В большинстве случаев они называются битуминозными песчаниками или битуминозными известняками в зависимости от характера вмещающих пород. И битуминозные песчаники, и битуминозные известняки часто подвергаются промышленной разработке и используются как щебенка пли брусчатка при строительстве дорог. Содержание в них асфальта может достигать 25%, но обычно оно колеблется от 8 до 12%.

Встречаются два различных типа рассеянных нафтидов: 1) образовавшиеся в результате выветривания нафтидоносных пород и 2) составляющие первичную примесь в породах (primary mixtures of rock and bitumen).

Выветрившиеся нафтиды первоначально были, вероятно, жидкими и газообразными, а в настоящее время представлены более устойчивыми и тяжелыми фракциями, оставшимися после улетучивания легких фракций. Поэтому скопления выветрившихся нафтидов могут рассматриваться как ископаемые нефтяные месторождения. В связи с тем, что эрозией срезалось все больше перекрывающих залежь слоев, глубина залежи уменьшалась, а вместе с этим уменьшалось и пластовое давление. В свою очередь снижение давления обусловливало выделение из раствора и

¹Гудроном называют продукты переработки нефти; хотя такого рода вещество не встречается в природе, все же гудроном часто именуют природные нафтиды. [Например, знаменитые асфальтовые пески формации Мак-Меррей в бассейне реки Атабаска в Канаде называют «tar sand», что в переводе на русский язык означает «смоляные пески».]

улетучивание газов и более легких фракций нефти, и в продуктивном пласте оставались лишь сравнительно тяжелые фракции углеводородов. По мере приближения зоны выветривания к залежи все более облегчалось выделение и улетучивание газообразных фракций через образовывающиеся трещины. Окисляющие агенты, видимо, способствовали отвердению тяжелых нефтей, которые оставались в пласте. На фиг. 2-6 показана одна из выветрившихся залежей, характерных для многих подобных

Фиг. 2-6. Разрез залежи битуминозных черных песчаников (mbs) в формации Писмо (Tpi) плиоцен-миоценового возраста вблизи Эдны, округ Сан-Луис-Обиспо, Калифорния (Page, Williams, Hendrickson, Holmes, Mapel, U.S. Geol. Surv., О. and G. Invest., Prelim. Map. 16, 1944).

Асфальтовые песчаники подстилаются глинистыми сланцами Монтерей (Tms). Qal – четвертичные аллювиальные наносы.

скоплений Калифорнии и Юты. Выветрившееся скопление нафтидов в отложениях ископаемого речного русла будет описано ниже (см. стр. 288 и 289).

Скопления выветрившихся нафтидов широко распространены в южной части Оклахомы, в пределах гор Уошито и Арбакл и поблизости от них. Они относятся к числу богатейших асфальтовых месторождений в США [27]. Асфальт здесь обычно вязкий и полутвердый, залежи его связаны с отложениями от ордовика до мела. Наличие в этом регионе многочисленных погребенных залежей нефти позволяет предполагать, что большинство скоплений нафтидов на поверхности представляет собой выветрившиеся нефтяные залежи, обнаженные в результате эрозии. Некоторые из таких асфальтовых месторождений полностью представлены песчаниками, сцементированными асфальтом, который в добываемых породах составляет 5-17% [28]. Общее количество имеющегося в этом регионе асфальта оценивается приблизительно в 13 млн. т.

Второй тип местонахождений рассеянных нафтидов отличается от первого тем, что осадки здесь смешивались с нефтью, асфальтом или битумом в процессе осадконакопления. После этого они были погребены под более молодыми отложениями, а затем уже обнажены в результате последующей эрозии. Такие скопления нафтидов могут рассматриваться как первичные¹, и их очень трудно отличить от скоплений выветрившихся нафтидов. Эта проблема вызвала длительную дискуссию, развернувшуюся вокруг вопроса о происхождении нефтеносных песчаников Атабаска (мел) в Альберте, Канада [29 ]. Песчаники Атабаска содержат самое крупное из известных на земном шаре скоплений нефти; запасы нефти здесь оцениваются более чем в 600 млрд. баррелей, и больше половины этого количества является извлекаемым. Гигантские запасы нефти этого месторождения привлекали и привлекают пристальное внимание геологов и промысловых инженеров. Представления о его происхождении прошли длительную стадию развития. Некоторые исследователи считали, что нефтепроизводящими являлись сами меловые отложения, другие же доказывали, что

¹Нефть во всех формах ее проявления (как и все другие нафтиды) всегда, строго говоря, вторична ‑ аллохтонна или паравтохтонна. Она возникает в момент десорбции первичной микронефти из материнского органического вещества в природе. ‑ Прим. ред.

в меловые породы нефть мигрировала из более древних отложений вдоль поверхности несогласия, отделяющей меловые толщи (включая и коллекторы) от срезанных формаций палеозоя [30]. Возможно, эти нефтеносные песчаники следует считать первичным скоплением рассеянных нафтидов, в котором пески и нефть отлагались совместно¹.

Другим примером скопления нафтидов, которое, как полагают, образовалось одновременно с отложением осадков, являются асфальтовые известняки Анакачо (мел) в округе Эвалде, Техас. Породы, распространенные здесь на площади многих квадратных миль, сложены известняковыми песчаниками, слабо сцементированными асфальтом. После обработки четыреххлористым углеродом остаются только несцементированные известняковые зерна [31]. Асфальт здесь твердый, обладает ярким блеском и раковистым изломом. Содержание асфальта в породе изменяется от 10 до 20, а в среднем составляет около 15 %.

Нефть, плавающая на поверхности моря и попавшая сюда либо из выходов в прибрежной зоне, либо из выходов на суше, может прибиваться ветром к берегу и, смешиваясь здесь с пляжевыми отложениями, образовывать битуминозные песчаники. Некоторые из плиоценовых и современных битуминозных песчаников на юго-западе Тринидада, по-видимому, сформировались именно таким образом. [Объяснение весьма сомнительное.]

Дайки твердых и полутвердых нафтидов. Во многих районах земного шара в породах встречаются трещины, заполненные твердыми битумными веществами. Хотя почти во всех случаях эти вещества очень сходны по составу, они носят различные названия: асфальт, грэемит, юинтаит, гильсонит, мэнджэк, альбертит, вюртцилит и др. Большинство этих названий происходит от географических пунктов или фамилий исследователей (определения многих твердых битумов приведены в приложении). Для большинства твердых нафтидов характерен раковистый или занозистый излом, черная или темная черта и внешний вид, несколько напоминающий матовый каменный уголь. Некоторые из них растворяются в сероуглероде, а многие высвобождают содержащиеся в них масла при нагревании. Эти углеводороды встречаются в природе в виде массы, заполняющей жилы шириной от нескольких дюймов до 25 футов. На фиг. 2-7 показаны схематические разрезы нескольких жильных скоплений твердых нафтидов.

Скопления твердых нафтидов можно рассматривать как ископаемые, или мертвые, битумы, в которых после улетучивания легких фракций остались только твердые остаточные вещества. В скоплениях выветрившихся нафтидов отделение легких фракций углеводородов происходит прямо в породах. При накоплении же седиментационных нафтидов (sedimentary petroleum) отделение газа от жидкой фракции предшествует одновременному отложению нефти и асфальта с вмещающими осадками [?]. В жилах и дайках твердых нафтидов потеря газообразных и жидких фракций, вероятно, происходила по мере заполнения нефтью или другими битумами свободных полостей в породах. Большинство геологов не склонны считать скопления твердых нафтидов в разведуемом регионе столь же благоприятным показателем присутствия здесь залежей нефти и газа, как активные, или живые, нефтегазопроявления. Тем не менее твердые нафтиды имеют определенное значение как индикаторы нефтегазоносности ‑ они указывают на присутствие в рассматриваемом регионе нефтепроизводящих пород.

Прочие местонахождения нафтидов на поверхности. Жидкие и твердые нафтиды часто встречаются в пустотах от выщелачивания скелетов ископаемых организмов, в пустотах пород, в центральных полостях жеод² и ядрах конкреций [32]. Иногда нефть заполняет пустоты полностью, но обычно только частично.

¹Эта точка зрения необоснованна. Асфальты и мальты Атабаски представляют собой гипергенно измененную нефть. ‑ Прим. ред.

²Пай (W.D. Руе, устное сообщение) изучил заполненные нефтью жеоды в известняках Кейбаб (пермь) района Сан-Рафаэль-Суэлл, Юта, и в кремнистых породах (миссисипий) горнодобывающего района Три-Стейт в Оклахоме, Миссури и Канзасе.

В настоящее время обнаружено очень небольшое количество нацело заполненных нафтидами конкреций и пустот от выщелачивания раковин. Поскольку в большинстве случаев в окружающих породах сколько-нибудь заметные количества нефтяных углеводородов отсутствуют, образование нафтидов, заполняющих эти пустоты, представляет интересную проблему. Возникает вопрос, как нафтиды могли попасть в пустоты, не оставив никаких следов в окружающих породах? Если пустоты частично выполнены кристаллами кальцита или кварца, можно полагать, что битумы приносились вместе с растворами, из которых отлагались эти минералы. В других случаях конкреции могли формироваться вокруг ядра, сложенного органическим материалом, который позже преобразовался в нефтяные углеводороды [нафтиды], оставшиеся внутри полости. Однако более вероятно, что пустоты в конкрециях представляли собой изолированные небольшие участки с невысоким давлением внутри них, в то время как в толще пород пластовое давление жидкости постоянно возрастало с увеличением глубины (например, при длительном погружении и накоплении более молодых осадков). При этом то небольшое количество углеводородов, измеряемое несколькими десятитысячными долями процента, которое содержалось в окружающих глинистых породах, мигрировало в участки с пониженным давлением.

Прямой признак присутствия нафтидов в регионе ‑ встречающиеся местами участки обожженных глин, образование которых связано с воспламенением и сгоранием проса­чивающихся в них нефти и газа. Обычно глины бывают обожжены до красного цвета, часто они сплавлены в порцелланит или лавоподобную породу. Такие участки были обнаружены в Калифорнии [33], в Северо-Западных территориях Канады [34], на острове Тринидад, в районе Бернт-Хилл на острове Барбадос, а также вдоль побережья Йоркшира и Дорсетшира в Англии [35].

Фиг. 2-7. Схематическое изображение даек и трещин, заполненных твердыми нафтидами (Eldridge, U.S. Geol. Surv., 22nd Ann. Rept., 1901).

Нафтиды иногда встречаются совместно с рудами металлов. Асфальт и битумы, например, ассоциируются с заполняющим жилы материалом во многих ртутных и в некоторых ванадиевых, свинцовых и цинковых рудниках [36]. Небольшие, но измеримые количества ртути смешаны с нефтью, добываемой из залежи Симрик в Калифорнии [37]. Глинистые сланцы Блэк-Банд, перекрывающие пласт каменного угля Фрипорт (пласт Огайо № 7) формации Конемо (пенсильваний) в Огайо, наряду с железной рудой содержат нафтидный дистиллят в количестве, достаточном для того, чтобы считать эти горючие сланцы (oil shales) потенциально важным объектом промышленной разработки. Железные руды частично представлены второсортной почковидной рудой, а частично железистыми известняками, носящими название «горная руда», и представляют собой, по-видимому, бурый железняк, отлагавшийся в болотах [38]. Рассеянные вкрапления твердого битума были найдены также в медьсодержащей формации Нонсач серии Кивинаван (докембрий) в северном Мичигане [39]. Анализы глинистых сланцев формации Нонсач показали присутствие нескольких типов углеводородов, характерных также для природной нефти (J.M. Hunt, устное сообщение). Более 100 баррелей нефти было получено из трещиноватых, содержащих флюорит пород формации Честер (верхний миссисипий) во флюоритовом руднике Минерва в южном Иллинойсе. В качестве еще одного примера можно привести знаменитые черные глинистые сланцы Кольм (средний кембрий) в Швеции [40], которые разрабатываются для получения как нефти, так и содержащихся в них радиоактивных минералов. Основным добываемым радиоактивным элементом является уран, который, как полагают, имеет седиментационное происхождение и отлагался вместе с глинами. Как горючие, сланцы Кольм низкосортны, они содержат примерно 35% золы.

Горючие, или керогеновые, сланцы. Горючие сланцы («oil shales») широко распространены на всем земном шаре и встречаются во всех отложениях - от древних до самых молодых [41 ]. Временами они приобретают большое промышленное значение, особенно в те периоды, когда стране грозит нехватка нефти. Это объясняется тем, что из сланцев могут быть получены значительные количества сланцевой нефти (liquid petroleum).

«Горючими сланцами» называются некоторые виды органических и биту­минозных сланцев, в основном состоящих из различных по составу смесей органического вещества с глинистым. Органическое вещество представлено главным образом в виде минералоидов и называется «керогеном»; оно обладает меняющимся составом, не растворимо в органических растворителях и имеет неопределенное происхождение. Поэтому часто эти сланцы называют «керогеновыми сланцами». Количество нефти, содержащейся в сланцах, невелико; большая часть нефти, которую удается извлечь из них, образуется из керогена при нагревании. Процесс перегонки начинается при температуре около 350°С. Кероген сланцев представляет собой пиробитумы. Из 1 т сланцев можно получить до 630 л нефти, но при промышленной их переработке эта величина составляет обычно 100-200 л/т. Кероген горючих сланцев не относится ни к нафтидам, ни к каменным углям, он представляет собой промежуточное битумное вещество, обладающее некоторыми свойствами и тех и других. Долгое время геологи полагали, что кероген служит исходным материалом для образования нефти и газа. Однако при помощи современных аналитических методов выявилось широкое распространение нефтяных углеводородов в небольших количествах, в связи с чем многие геологи рассматривают сейчас кероген просто как пиробитум, генетически мало связанный или даже совсем не связанный с нефтью и газами.

Большая часть горючих сланцев содержит свободные битумоиды (petroleum), которые можно извлечь, используя органические растворители, такие, как лигроин, эфир, хлороформ и четыреххлористый углерод. Нафтиды в таких сланцах обычно приурочены к трещинам и разрывам, поверхностям напластования и микроскопическим пустотам. Глинистые сланцы, содержащие свободную нефть в количествах, измеряющихся в большинстве случаев несколькими десятитысячными долями процента, могут литологически замещаться трещиноватыми алевролитами, представляющими собой коллекторские породы. Такая картина наблюдается, например, в формации Спраберри в западном Техасе (см. стр. 123).

Под микроскопом видно, что кероген состоит из скоплений тонких частиц органического вещества, главным образом обрывков растений, водорослей, спор, спорангиев, пыльцы, частиц смолы, воска и т.п. В наиболее обогащенных пластах оно образует до 50 % объема сланцев и даже более. Кероген содержит также желтые или красно-желтые полусфероидальные тельца и неправильной формы прожилки красновато-желтого, темно-коричневого и черного материала. Этот материал при перегонке может давать масло (сланцевую нефть). До нагревания такое масло (смола, деготь), по-видимому, почти не содержится в керогене, поскольку только очень небольшое количество битумоида удается экстрагировать из сланцев обычными органическими растворителями [42]. По мере увеличения содержания керогена горючие сланцы через торбаниты и богхеды переходят в Кеннеди, которые могут быть названы «керогеновым углем» в отличие от углей ряда торф - антрацит [т.е. гумусовых углей] [43]. Часто наблюдаемые постепенные переходы от горючих сланцев к кеннелям свидетельствуют об их общем происхождении [44].

Кероген в горючих сланцах среднего качества имеет крайне тонкозернистую структуру и тесно связан с глинистыми, песчаными и карбонатными частицами. Породы, богатые керогеном, обладают гладким раковистым изломом и отличаются тусклым или шелковистым блеском. Органическое вещество этих сланцев горит легко и напоминает кеннельский уголь. Химический состав керогена изменяется в следующих пределах (в вес.%):

Углерод 69-80

Водород 7-11

Азот 1,25-2,50

Сера 1,80

Кислород 9-17

По химическому составу он отличается от природной нефти высоким содержанием кислорода и азота. Эти элементы каким-то способом должны быть удалены из органического вещества горючих сланцев, прежде чем оно может быть преобразовано в нефти и газы. [Элементарный состав керогена, как и его компонентный состав, зависит, во-первых, от исходного органического вещества и от фациальной обстановки седименто- и диагенеза, а во-вторых, от того, какой ступени катагенеза достигли в своем развитии вмещающие породы. Примесь сапропелевого вещества способствует повышению содержания водорода. По мере развития катагенеза содержание гетероэлементов (О+S+N) снижается, но на определенных этапах мезокатагенеза иногда временно повышается из-за усиленной эмиграции углеводородов.¹