Концепции органического происхождения нефти (исторический аспект).

Соображения об органическом происхождении нефти были сделаны в 1759 году М.В.Ломоносовым в работе «О слоях земных». Он полагал, что нефть образовалась из каменного угля под воздействием высоких температур. «…Выгоняется подземным жаром из приуготовляющихся каменных углей оная бурая и черная масляная материя и вступает в разные рассолы…». Первые эксперименты получения нефтеподобных продуктов из органического вещества животного происхождения были проделаны немецким химиком Г.Гефером, который нагревал животные жиры при повышенном давлении до температуры 320-400⁰.

Современная концепция органического происхождения нефти восходит к монографии И.М.Губкина «Учение о нефти». В соответствии с этой моделью, нефть образуется следующим образом:

Исходное вещество для образования нефти – органическое вещество морских илов, состоящее из животных и растительных организмов. Перекрывающие илы осадки предохраняют его от окисления. Погруженный на глубины до 50 м он перерабатывается анаэробными микробами. При погружении в глубокие недра горные породы, содержащие РОВ (рассеянное органическое вещество) попадают в область давлений 15-45 МПа и температур 60 - 150°. Такие условия находятся на глубинах 1,5 – 6 км. Под действием возрастающего давления нефть вытесняется в проницаемые породы (коллекторы), по которым она мигрирует к месту образования будущих залежей .

Отечественная нефтегазовая геология подтвердила положения И.М.Губкина. На основе прогнозов, сделанных на базе этой теории, развитой его многочисленными последователями, отечественная нефтегазовая геология долгие годы позволяла прогнозировать и открывать месторождения, что сделало Советский Союз ведущей нефтегазовой державой мира. Основные аргументы в пользу биогенного происхождения нефти следующие:

1. Приуроченность 99,9% промышленных скоплений нефти к осадочным породам.

2. Сосредоточение наибольших запасов в отложениях геологических периодов с наибольшей активностью биосферы.

3. Сходство элементного, и, главное, - изотопного состава живого вещества и нефтей.

4. Оптическая активность нефтей.

Для неорганической теории происхождения нефти – одним из главных условий является возникновение и существования глубинных разломов, как путей поступления УВ из недр земли.

В настоящее время имеется много различных моделей неорганического происхождения нефти. Они основываются на следующих фактах.

- Многочисленные месторождения приурочены к зонам разломов.

- Встречаются месторождения в магматических и метаморфических горных породах.

- Углеводороды встречаются в веществе, извергающемся из вулканов, в ультраосновных породах (кимберлитах) алмазоносных трубках взрыва, в метеоритах и хвостах комет, атмосфере планет и в рассеянном космическом веществе.

Схематически неорганическая теория в современной интерпретации выглядит следующим образом. Источником углеводородов является вода и углекислый газ, которых в мантии содержится в 1 куб. м 180 кг и 15 кг соответственно (по данным Е.К.Мархинина). В присутствии закисных соединений металлов (главным образом закиси железа) образуются углеводороды. Высокие давления недр Земли подавляют термическую деструкцию сложных молекул углеводородов. По расчетам Э.Б.Чекалюка оптимальные глубины для синтеза, полимеризации и циклизации углеводородов из воды и углекислого газа составляют 100-200 км.

На эти аргументы можно возразить следующее:

1. Не все месторождения приурочены к зонам разломов.

2. В магматические и метаморфические горные породы углеводороды могли попасть из осадочных пород в результате миграции.

3. Углеводороды космоса и магматических проявлений существуют в единичных молекулах и совершенно незначительных примесях. Никто не спорит, что углеводороды образуются химическим путем. Однако крупные скопления таким образом сформироваться не могут.

Важным достоинством концепций неорганического происхождения нефти является ее оптимистичность. Количество воды и углекислого газа в мантии по человеческим меркам неисчерпаемо и это дает нам надежду на то, что ресурсы нефти и газа на Земле значительно больше разведанных сегодня, и продолжают пополняться, то есть теоретически безграничны.

СТАДИЯ II - генерация УВ.

Происходит постепенное преобразование в осадочных образованиях органики в УВ нефтяного ряда (сначала на стадии диагенеза, затем катагенеза).

Катагенез (от греч. kata — приставка, означающая движение вниз, усиление, переходность или завершение процесса, и ...генез) (геологическое), совокупность природных процессов изменения осадочных горных пород после их возникновения из осадков в результате диагенеза и до превращения в метаморфические породы. Некоторые геологи (Н. М. Страхов и др.) выделяют стадию метагенеза — промежуточную между Катагенез (геол.) и собственно метаморфизмом. Впервые термин «Катагенез (геол.)», обозначающий совокупность химических преобразований горной породы после перекрытия её слоями нового осадка, был предложен А. Е. Ферсманом в 1922. Термин «Катагенез (геол.)» постепенно вытесняет другие названия постдиагенетических процессов (например, эпигенез).

Главными факторами Катагенез (геол.) (включая стадию метагенеза в понимании Н. М. Страхова) являются: температура, достигающая на глубине 8—12 км, на границе с зоной метаморфизма, 300—350 °С; давление, которое на этих глубинах доходит до 180—290 Мн/м² (1800—2900 ат), и поровые воды (растворы), взаимодействующие с пропитанными ими породами.

Важным следствием Катагенез (геол.) является уплотнение пород, протекающее сначала без, а затем с нарушением их структуры. К концу стадии пористость песчаников, алевролитов, аргиллитов обычно не превышает 1—2%. Выжимается и удаляется вся свободная, а затем и связанная вода. Минеральный состав терригенных пород претерпевает усиливающиеся с глубиной и возрастом изменения — одни минералы растворяются, другие отлагаются. Широко развито регенерационное обрастание зёрен кварца, хлоритизация, альбитизация, цеолитизация. Возникают новые текстуры: микростилолитовые швы, вдавливание одних зёрен песчаников в другие и т.д. Органическое вещество, теряя СО₂ и углеводороды, преобразуется до стадий полуантрацитов.

Необходимые условия среды - восстановительная и слабо восстановительная геохимическая обстановка: устойчивое прогибание бассейна, сохранение застойного палеогидрогеологического режима.

По неорганической теории – формирование УВ и их генерация происходит на значительных глубинах

СТАДИЯ III – миграция УВ.Различают - первичную и вторичную миграцию в породы с хорошими коллекторскими свойствами в водогазорастворенном состоянии и в свободном. По неорганикам – в свободном состоянии.

Необходимое условие: - наличие в природном резервуаре пород с хорошими коллекторскими свойствами, сохранение слабовоостановителельной обстановки, прогибание бассейна.

Основные источники энергии:

- тектонические движения в различных формах проявления

- гидродинамические процессы

- движение флюидов в вертикальном и горизонтальном направлении

-движущие силы газа

-действие температурного фактора

-гравитационные силы, обуславливающие перемещение УВ

- межмолекулярные силы

-действие процессов кристаллизации и перекристаллизации пород-коллекторов.

СТАДИЯ IV-аккумуляция мигрирующих УВ в залежь, т.е. скопление.

Необходимое условие среды – наличие пород-коллекторов и наличие региональных и локальных ловушек, наличие пород – покрышек, способствующих удержанию в коллекторах УВ; сохранение восстановительной и слабо восстановительной обстановки застойного режима пластовых вод.

Основные источники энергии – тектонические движения. Гидродинамические или гравитационные силы, силы движения газа, электровосстановительные силы, молекулярные силы, обуславливающие диффузию, капиллярные силы, обуславливающие аккумуляцию.

СТАДИЯ V-консервация УВ необходимое условие среды:

- сохранение хороших коллекторских свойств пород,

- герметичность покрышек над залежью,

- закупоривание их после формирование залежи

- создание условий, благоприятных для хранения залежи, включая наклон слоев и расположение вне зоны химической и физической аэрации,

- сохранение застойного режима подземных вод.

Факторы: действие во вмещающих породах температуры и давления, благоприятных для консервации скоплений УВ. Преимущественно нисходящие формы тектонических движений.

СТАДИЯ VI –разрушение и перераспределение скоплений УВ.

Необходимые условия среды: раскрытие ловушек; попадание скоплений УВ; попадание скоплений УВ в зоны активного водосноса; изменение регионального наклона слоев.

Факторы, приводящие к разрушению ранее сформированных залежей УВ к коренному изменению их физических свойств с образованием мальт, асфальтов, озокеритов и т.д. это:

- восходящие формы тектонических движений;

-движение пластовых и трещинных вод в зонах активного водообмена;

- окисление УВ сульфатными водами;

- разложение УВ микроорганизмами;

-молекулярные силы. Обуславливающие диффузиюУВ;

-действие гипергенных процессов и т. д.

Таким образом, можно сказать, что УВ в качестве одной из форм геологической материи Земли возникают, развиваются и разрушаются, переходя стадийно из одного качественного состояния в другое, находясь в тесной связи с изменением геологических, геохимических, гидрогеологических, геофизических условий среды, а также и внутренних источников энергии.

УВ, возникая органическим или неорганическим путем, попадают в пористые и проницаемые породы-коллекторы, мигрируют латерально или вертикально при наличии на их пути миграции ловушек и при наличии совокупности внутренних и внешних факторов, образуют залежи, месторождения и зоны месторождений.

При последующих изменениях геологических, геохимических и гидрогеологических и геофизических условий и в результате воздействия совокупности факторов наступает стадия перераспределения залежей и их разрушение с переходом УВ в новое качество с образованием битумов, мальт, асфальтов, озокеритов и т.д.

Направление поисково-разведочных работ на нефть и газ включает в себя геолого-геофизическую изученнотсь (геофизические исследования, глубокое параметрическое и поисково-разведочное бурение, геологическое строение и нефтегазоносность), научное обоснование перспектив нефтегазоносности (оценка масштабов генерации и аккумуляции газа и нефти, нефтегазогенерационное и нефтегазогеологическое районирование, перспективы газонефтеносности и обоснование главных направлений поиска газовых месторождений), размещение геолого-разведочных работ на газ (главные направления поисково-разведочных работ, региональные геолого-разведочные работы и их размещение, детальные геолого-геофизические работы).

Современный этап по изучению формирования и размещения залежей нефти газа характеризуется широким развитием различных направлений и методов, в том числе тектонических, геофизических, литолого-фациальных, палеогеографических, палеогеохимических, геотермических и т.д. Широкая дифференциация направлений и методов исследований оправдана, так как без всестороннего и детального дифференцированного изучения различных факторов, обуславливающих и контролирующих нефтегазонакопление – нельзя распознать сложные и многогранные стороны процессов, протекающих в литосфере.

В нефтегазовой литературе трудно найти работы, в которых прогноз нефтегазонакопления дается на основе изучения одного какого-либо одного фактора, например тектонического, геохимического или гидрогеологического без влияния взаимосвязей одного фактора с другими.

Изучение отдельных факторов изолированно от всей совокупности условий, контролирующих процесс формирования месторождений – не обеспечивает познания его в полной мере. Более того, поиски нефти и газа до сих пор состоят из двух положений: поиски ловушек (любыми методами) и проверка этих ловушек бурением на залежи нефти и газа.

Очевидно, научно обоснованный прогноз нефтегазоносности и количественная оценка ресурсов УВ в недрах могут осуществляться только на основе комплексного изучения всей совокупности факторов во взаимосвязи и с учетом их изменения во времени (геологическом) и в пространстве в связи с понимаем литогенеза и тектогенеза в течение каждого крупного отрезка времени геологической истории. Задача эта комплексная и наиболее успешно решается с применением системного подхода.

Системный анализ призван выявить основные закономерности причинно-следственной связи изучаемых объектов как различных уровней организации геологической материй в их естественноисторическом развитии в пространстве и геологическом времени. Для этого надо:

1. Изучаемый объект рассматривать как часть целостной естественноисторической геологической системы, возникающей как часть этой системы. Это представление – переходный принцип системного подхода.

2. Классифицировать вхождение в эту систему объекты. Выделяя их части, соблюдая принцип иерархической соподчиненности и соразмерности.

3. Выяснить структурные соотношения и генетические связи (пространственные и функциональные) выделяемых объектов, как между собой, так и с окружающей средой во времени и в пространстве.

4. Рассматривать объекты непрерывно с комплексным анализом всей совокупности факторов, обуславливающих образование и развитие его в геолого-историческом плане.

5. Рассматривать систему и входящие в состав объекты в динамике, т.е. в развитии, в тесной связи с окружающей средой и выяснением закономерностей перехода их из одного качественного состояния в другое во времени и пространстве.

Литература.

1.Бакиров А.А. «Теоретические основы и методы поисков и разведки скоплений нефти и газа» -М.: Высшая школа, 1987

2. Бакиров А.А. «Геологические основы прогнозирования нефтегазоносности» 1979