Органических веществ в природе

Источником органического вещества в земной коре являются остатки отмерших растительных и животных организмов и органических продуктов их жизнедеятельности; абиогенные реакции, протекающие в литосфере и дающие продукты органического состава; магматический синтез.

Экспериментальными работами и детальным изучением условий нахождения в природе каустобиолитов доказано, что существовавшее еще в недалеком прошлом мнение о резком различии в составе исходного материала для образования углей (углеводы) и для образования битумов (белки, жиры) неверно.

Характер процесса преобразования органического материала зависит от природных условий среды. Нигде в природе нет строгой изоляции растительного мира от животного.

Наиболее благоприятными участками для накопления исходного органического материала для нефти являются лиманы, лагуны, эстуарии, расположенные вдоль морских берегов и в некоторых случаях в континентальных бассейнах. В них в огромных количествах скапливается органический материал, состоящий из водорослей, мелких членистоногих, планктона и других организмов, которые, разлагаясь анаэробными бактериями при отсутствии кислорода, образуют на дне мощный слой органического ила, известного под названием сапропеля (сапрос – гнилой, пилос – ил).

По своему внешнему виду сапропель представляет собой однородную бурую, в тонких слоях полупрозрачную студнеобразную массу, которая при высыхании принимает вид полузатвердевшего столярного клея.

Переход сапропеля в сапропелитовые сланцы, угли и т. п. происходит путем обезвоживания его, увеличения содержания водорода и уменьшения содержания кислорода и азота.

Для доказательства того, что процесс изменения сапропеля путем отнятия от него кислорода (в форме воды) и углекислоты может привести к образованию бескислотных битумов, близких к нефти, Н. Д. Зелинский в 1919 г. произвел сухую перегонку сапропеля с оз. Балхаш. При этом он получил 63,2 % сырой смолы, 16,0 % кокса и 20,8 % газа, состоящего из метана, окиси углерода, водорода и сероводорода. В полученной сырой смоле плотностью 0,82 содержалось 48 % пирогенетической воды. Из обезвоженной смолы при вторичной перегонке до температуры 150° С было получено 17 % бензина плотностью 0,726, от 150 до 335° С – 60 % керосина плотностью 0,794 и от 335 до 340° С – 16 % тяжелых масел. Полученные Н. Д. Зелинским углеводороды по своему составу близки к продуктам, которые получаются при перегонке естественной нефти.

Изучение органической массы, содержащейся в современных и древних морских осадках, приводит к выводу, что она в основном состоит из азотистых соединений и лигнино-гумусового комплекса. Преобразование этих веществ в газообразные и жидкие углеводороды может происходить под действием следующих факторов:

1) давления;

2) повышенной температуры;

3) физико-химических процессов при участии катализаторов;

4) радиации;

5) бактерий.

Влияние каждого из факторов на преобразование органического вещества на различных стадиях неодинаково и во многом зависит от общей геологической обстановки. Минимальное давление, которое может влиять на преобразование органического вещества в нефть, отвечает перекрытию порядка 900 м.

Скорость распада органических веществ увеличивается с увеличением температуры. При температуре 300–500° С большинство органических веществ быстро разлагается с образованием разнообразных продуктов, в том числе углеводородов типа нефтяных, что и было доказано приведенными выше опытами Н. Д. Зелинского. Присутствие в нефтях порфиринов, очень сложных азотистых соединений, не выдерживающих температуры 200–250° С, и оптическая активность нефтей указывают на то, что подавляющее большинство нефтей никогда не подвергалось температуре, превышающей 200–150° С.

Исходя из анализа геологических условий П. Абельсон (1963 г.) высказал мнение о том, что образование многих нефтей происходило при температурах ниже 100° С. Соколов В. А. (1948 г.) считает, что недостаток температуры компенсируется продолжительностью геологического времени, поскольку время существования осадочных пород исчисляется миллионами лет.

Процесс образования нефти сопровождается гидрогенизацией органических соединений, т. е. обогащением их водородом, без чего органические вещества не могут превратиться в нефтяные углеводороды. При этом реакции могут быть самыми различными. Некоторые из них идут примерно так:

СО₂ + 4Н₂ = СН₄ + 2Н₂О

или

СО + ЗН₂ = СН₄ + Н₂О.

Вопрос об источниках водорода до настоящего времени является спорным.

Условия образования углеводородов по разрезу осадочной толщи неодинаковы.

К самой верхней части относятся слои, покрытые водой, а также почва и подпочва. В этой зоне важнейшую роль играют биохимические процессы, происходящие в результате жизнедеятельности растений, бактерий и других организмов. В составе образующихся здесь газов присутствуют главным образом СО_а и немного СН₄ и N₂. По мере накопления и погружения осадочных пород оставшееся органическое вещество подвергается анаэробному разложению с образованием метана. Мощность биохимической зоны около 50 м.

Ниже располагается переходная зона. В ней интенсивность биохимических процессов по мере углубления снижается, а химические термокаталитические процессы образования газов и углеводородов идут еще очень медленно. Еще ниже, примерно с глубины 1–2 км, начинается термокаталитическая или нефтегазовая зона. Здесь протекают процессы, связанные с химическим изменением органических веществ. По мере углубления интенсивность этих процессов возрастает, и в результате их образуются углеводородные газы, нефть и СО₂, N₂ и H₂S.

С глубины 6–7 км, где температура может достигать 200° С и более, жидкие углеводороды становятся неустойчивыми и равновесие реакций смещается в сторону метана, как наиболее устойчивого. Чем больше осадочных пород превышает 6–7 км, тем больше относительные объемы образования метана. Но в результате как вертикальной, так и латеральной миграций углеводородные газы направляются в верхнюю часть разреза и сохраняются здесь при наличии ловушек.

В наиболее глубоких впадинах при очень большой мощности осадочных пород (12–16 км и более) следует ожидать высокого насыщения метаном всей толщи пород, особенно глубже 6–7 км. Типичным примером являются Прикаспийская и Южно-Каспийская впадины. На северо-западе Эмбенской области под солью можно ожидать наличия гигантских газовых залежей.