ПРОИСХОЖДЕНИЕ НЕФТИ

Вопрос о происхождении нефти является одним из самых сложных и крайне интересных вопросов современного естествознания. По словам выдающегося советского ученого-нефтяника Губкина «верная разгадка происхождения нефти в природе имеет для нас не только научно-теоретический интерес, но и первостепенное практическое значение» [139].

Первые гипотезы о происхождении нефти возникли еще во второй половине XVIII в., когда гениальный русский ученый Ломоносов выдвинул идею образования нефти из захороненных торфяных отложений. Пути развития представлений о генезисе нефти рассмотрены в ряде работ [140—142]. При рассмотрении этого вопроса наметились две линии: органическая и неорганическая. Дискуссии по этому поводу продолжаются и до сегодняшнего дня. Несмотря на то, что в настоящее время подавляющее большинство исследователей являются сторонниками биогенного происхождения нефти, некоторые ученые советские и зарубежные, поддерживают различные гипотезы абиогенного образования нефтей.

Гипотезы неорганического происхождения нефти. Первые гипотезы о неорганическом происхождении нефти — карбидная гипотеза Менделеева (1877 г.), космическая гипотеза Соколова (1892 г.) и вулканическая гипотеза Коста (1902 г.) — встретили ряд серьезных возражений со стороны многих ученых того времени и к 30—40 гг. нашего столетия были почти забыты. Однако в последние тридцать лет неорганические гипотезы вновь были возрождены в обновленном и переработанном виде некоторыми крупными, главным образом, советскими учеными. Общее для их гипотез — признание возможности синтеза углеводородов путем взаимодействия карбидов металлов с водой и кислотами (в этой части они развивают идею Менделеева), а также по схеме Фишера

— Тропша из оксидов углерода и водорода. Образование нефтяных месторождений объясняется миграцией углеводородов по глубинным разломам в земной коре

[146—148].

Кравцов [142] предлагает следующую схему возникновения жизни на Земле: неорганический синтез газообразных углеводородов — жидкие углеводороды — жизнь, т. е. в его представлении сначала возникла нефть, а затем уже жизнь.

Сторонники гипотезы неорганического синтеза нефти приводят ряд аргументов в пользу тех или иных положений своих взглядов, однако единой, научно обоснованной и достаточно полно разработанной теории абиогенного происхождения нефти не создано.

Теория осадочно-миграционного происхождения нефти. Подавляющее большинство исследователей — сторонники органического происхождения нефти. Развитие теории биогенного происхождения нефти было начато работами видных химиков и геологов прошлого — Андрусова, Михайловского, Архангельского, Зелинского, Энглера, Ханта, Ортона, Гефера и др. Прочной научной базой для теории органического происхождения нефти явились труды выдающегося советского геохимика Вернадского.

45

Огромная роль в разработке вопросов генезиса нефти и газа и формирования их месторождений принадлежит Губкину [139], который впервые показал, что нефтегазообразование и нефтегазонакопление — единый многостадийный естественно-исторический процесс, неразрывно связанный с развитием литогенеза и тектогенеза земной коры. Большинство положений, выдвинутых и обоснованных Губкиным, не потеряли значения по сей день. Подробный обзор и анализ работ в области происхождения нефти и нефтенакопления, выполненных в наше время к середине 60-х годов советскими и зарубежными исследователями, приведен в монографин [150]. Значительные успехи, достигнутые к 60—70 гг. советскими и зарубежными учеными в разных областях знаний, имеющих то или иное отношение к нефти, позволили Вассоевичу сформулировать современную теорию генезиса нефти, названную им теорией осадочно-миграционного происхождения нефти [151].

В основу этой теории взято положение, что «основным источником нефти служит углеродистое биоорганическое вещество, захороненное в осадочных горных породах». Это вещество обязано своим происхождением живым организмам, обитавшим в соленых водоемах. Основную массу органического вещества как растворенного в водах, так и выпадающего в осадок, дают после отмирания зоо- и фитопланктон и бентальные организмы. Частично к ним примешиваются и остатки более высокоорганизованной живой материи. В конечном итоге органический материал, рассеянный в тонко отмученной минеральной массе, скапливается на дне водоема и постепенно опускается все глубже в недра земли, образуя в составе осадочных горных пород рассеянное органическое вещество, отдельные составляющие которого постепенно превращаются в компоненты нефти.

Вассоевич выделяет несколько этапов продуцирования компонентов нефти — несколько «генераций», неравноценных по значению в процессе нефтеобразования. Первая, самая ранняя (седиментогенетическая) стадия образования углеводородов и соединений (главным образом, кислородсодержащих), служащих непосредственными их предшественниками и называемых автором предуглеводородами, протекает в воде при относительно низкой температуре (4—25 °C) и связана с превращением органического вещества в результате метаболизма гидробионтов. Вторая (раннедиагенетическая) стадия образования углеводородов и предуглеводородов протекает также при невысоких температурах, но уже в осадках и связана с метаболизмом целобионтов. Кроме того, на этой стадии возможен ферментативный гидролиз продуктов распада организмов и некоторые химические процессы, приводящие к образованию веществ, устойчивых в условиях осадка (насыщенных жирных кислот, алканов, циклоалканов, аренов). Здесь протекают также процессы полимеризации и поликонденсации непредельных и некоторых кислородсодержащих соединений с образованием нерастворимых геополимеров.

По мере погружения осадков бактериальные процессы замирают, и наступает третья (позднедиагенетическая) стадия образования углеводородов и предуглеводородов, протекающая под влиянием еще сохранившихся ферментов. Эта стадия, по-видимому, играет незначительную роль. Четвертая и пятая стадии генерации углеводородов относятся уже к катагенезу и связаны с термолизом и термокатализом, так как основные факторы, влияющие на превращения органического вещества — температура и каталитическое действие некоторых минералов. На четвертой стадии, когда

46

температура немногим превышает 50°С, идет легкий термолиз и (или) термокатализ, выражающийся, главным образом, в отщеплении кислородсодержащих и других функциональных групп, в дегидрировании циклических фрагментов геополимеров, сопровождающемся диспропорционированием водорода, а также в деалкилировании циклических структур. Эти процессы сопровождаются выделением газообразных продуктов — метана, оксида углерода (II), паров воды и др. На пятой стадии, при температурах 100°C и выше, термокатализ вызывает существенную деструкцию геополимеров. Именно на этой стадии создаются условия для массового превращения предуглеводородов в углеводороды. В результате процессов деструкции, изомеризации, диспропорционирования водорода и других происходит образование всех компонентов нефти. Образование различных составляющих нефти рассматривается в [17, 151—154] и др. Эта важнейшая в процессе нефтеобразования стадия названа главной фазой нефтеобразования, а образовавшиеся компоненты нефти

— микронефть [155]. Главная фаза завершается по мере израсходования той части органического вещества, которая способна генерировать углеводороды и другие составные части нефти. В зоне образования основной массы нефти создаются благоприятные условия для эмиграции легких углеводородов из нефтематеринских пород в породы-коллекторы. Полагают, что этому способствует присутствие больших количеств газообразных продуктов. Таким образом, основу важнейшего периода в жизни нефти — главной фазы нефтеобразования — составляют два теснейшим образом связанных процесса: генерация основного количества нефтяных компонентов II широкое развитие их первичной миграции. Нефтематеринские породы, прошедшие главную фазу, могут погружаться на большую глубину, но основная масса образовавшихся нефтяных компонентов будет концентрироваться на определенном гипсометрическом уровне, расположенном несколько выше глубинной зоны проявления главной фазы нефтеобразования [156].

Возникновение нефтей различных типов объясняется разнообразием состава исходного органического вещества, геолого-геохи- мических условий его образования, а также условиями первичной и вторичной миграции. Кроме того, состав сформировавшихся нефтей в залежах также может претерпевать определенные изменения под влиянием тектонических, биохимических, химических и физических процессов.

На биогенное происхождение нефти указывает целый ряд геологических и геохимических фактов, важнейшие из которых представлены ниже [157, 158].

Закономерности распределения нефти и ее производных (нафтидов), выражающиеся в том, что более 90 % нефтяных залежей и значительных нефтепроявлений приурочены к осадочной оболочке Земли — стратисфере, а большинство крупных тектонических впадии, выполненных субаквальными отложениями, нефтеносны, причем запасы нефти и углеводородных газов примерно пропорциональны объему субаквальных осадочных пород нефтегазоносных бассейнов.

Парагенезис нефти и органического вещества осадочных род: запасы нефти в сингенетичнонефтеносных отложениях коррелируются с содержанием в них рассеянного органического вещества; залежи нефти закономерно приурочены к комплексам отложений, характеризующимся повышенным содержанием органического углерода.

47

Свойства нефтей (если они не претерпели вертикальной или далекой литеральной миграции) находятся в соответствии со свойствами включающих их пород — ряд свойств нефтей коррелируется со степенью катагенеза вмещающих их пород, со степенью измененности рассеянного органического вещества. Состав нефтей закономерно изменяется в зависимости от глубины залегания и возраста вмещающих пород. Возраст нефтей и попутных газов близок к возрасту вмещающих пород.

Существует сходство между химическим составом нефтей в залежах и микронефтей в породах. В составе нефтей, как и в составе рассеянного органического вещества, содержатся соединения, имеющие явно биогенное происхождение.

Эти и другие факты говорят о биогенном происхождении нефти. В осадочно-миграционной теории имеются еще отдельные вопросы, требующие уточнения, проверки и более глубокого изучения, поэтому исследования в этой области продолжаются.

ЛИТЕРАТУРА

48

49

50

51

52

Необходимость развития методов разделения компонентов нефти подчеркивалась Менделеевым еще в 1885 г.: «Химический состав нефти не может быть иначе определен, как при помощи первоначального физического разделения составных начал нефти на основании их летучести и различия в температуре кипения, растворимости и тому подобных свойств».

За истекшее столетие возможности методов анализа неизмеримо возросли. Появились разнообразные спектральные, хроматографические и другие совершенные методы. Тем не менее, нефть — система настолько сложная, что и сейчас для ее анализа требуется, как правило, предварительное разделение на фракции по молекулярным массам и по группам компонентов.

Для выделения и разделения нефтяных компонентов используются различные физические и, в меньшей степени, химические методы. Химические методы основаны на неодинаковой реакционной способности разделяемых компонентов, а физические методы — на различии их концентраций в сосуществующих фазах.

Классификация физических методов разделения, применяющихся при исследовании состава нефти и разделении нефтепродуктов, приведена в табл. 9. Простыми условно названы методы

разделения, при которых изменение концентрации веществ в сосуществующих фазах достигается лишь благодаря сообщению системе энергии, а сложными — методы с применением дополнительных разделяющих агентов (селективных растворителей, адсорбентов и т. д.), увеличивающих различие составов фаз. Эта классификация должна быть дополнена разнообразными вариантами хроматографии [1].

53