Органическая теория происхождения нефти

Ранее на основании изучения различных нефтегазоносных бассейнов  большинство исследователей считало, что в палеогеографическом отношении нефтематеринские отложения являются осадками нормальных морских бассейнов. Однако в ряде случаев допускалась возможность их накопления в морских осолонённых или опреснённых бассейнах или даже в солёных озёрах. Некоторые исследователи допускали возможность накопления нефтематеринских отложений в крупных пресноводных водоёмах. Таким образом, считалось, что нефтематеринские отложения могут накапливаться в самых разнообразных палеогеографических условиях – в различных морских и континентальных бассейнах. Накопление их считалось невозможным только, пожалуй, в наземных, субаэральных условиях.

Долгое время обязательным условием нефтематеринских свит было накопление их в водной (субаквальной) среде. Позднее стали высказываться мнения о том, что нефтематеринские свиты могут формироваться в континентальной обстановке. Исследования многих учёных показали, что в кембрии, ордовике, силуре и девоне нефть и газ концентрируются в отложениях преимущественно морского происхождения; в карбоне залежи углеводородов сосредоточены как в морских, так и в континентальных породах; в перми уже бОльшая часть углеводородов содержится в континентальных отложениях. В дальнейшем доля запасов нефти и газа в континентальных отложениях увеличивается и достигает максимума в плиоцене. Таким образом, пределы, в которые должны укладываться нефтематеринские свиты, со времён Губкина до наших дней значительно расширились

По словам И.М. Губкина (1937г.) уголь и нефть являются членами одного и того же генетического ряда каустобиолитов. По его мнению, в определённых геологических условиях континентальные и прибрежно-морские фации могут перейти в морские нефтегазоносные. На основании этого вывода И.М. Губкин в своё время предсказал возможность открытия в мезозойских отложениях Западной Сибири местоскоплений нефти, так как мезозойские угленосные фации склона Урала в пределах Западно-Сибирской низменности могут перейти в нефтеносные. Эти научные прогнозы подтвердились.

Согласно разработанной  концепции, нефть и газ – образования стадийные, образующиеся на определённых катагенетических уровнях преобразования, причём на каждом из них образуются УВ определённого состава.

Рассматривая условия  образования нефтяных местоскоплений Северного Кавказа, И.М. Губкин сделал вывод, что «…процесс превращения органического материала в нефть под воздействием различных факторов начался со времени погребения этого материала на морском дне и продолжается по мере погружения его в более глубокие с более высокой температурой и давлением… По мере увеличения давления, уплотнения осадков и прочего их диагенетического изменения диффузионно-рассеянная нефть и сопровождающие её газы начали перемещаться в песчаные пласты…»

Таким образом, Губкин уже 70 лет назад считал процесс нефтеобразования длительным. Непрерывным и стадийным со следующими этапами: 1) процесс накопления органического вещества в осадках (биохимический и геохимический), приведший к образованию диффузионно-рассеянной нефти; 2) выжимание рассеянной нефти из нефтематеринских свит в коллекторы; 3) движение нефти по коллекторам и накопление и её в месторождениях; 4) последующее разрушение месторождений в результате различных геологических явлений. В сумме эти явления образуют цикл нефтенакопления.

При этом накопление ОВ, послужившего исходным материалом для образования нефти, в природных условиях происходит в рассеянной форме в минеральной тонкоотмученной массе и совместно с ней. В дальнейшем при соответствующих биохимических условиях нефтегазообразование начинается с разложением ОВ в биогенном иле ещё до его погребения и продолжается после его погребения при активном содействии анаэробных бактерий в течение всего периода диагенетического изменения породы.

Представления И.М. Губкина  о том, что процесс преобразования ОВ в нефть под действием различных факторов идёт со времени погребения ОВ на морском дне и продолжается по мере погружения осадков в более глубокие зоны с высокими температурой и давлением, подтверждаются данными изучения современных и древнечетвертичных отложений.

Как показал И.М. Губкин, преобразование органического вещества нефтегазоматеринских отложений в нефть и газ носит многоступенчатый стадийных характер. Однако по вопросу о том, на какой стадии литогенеза потенциально нефтегазоматеринские отложения становятся нефтепроизводящими, мнения исследователей ещё расходятся. Одни учёные, вслед за Губкиным, считают, что преобразование ОВ в УВ нефтяного ряда начинается уже на стадии раннего диагенеза и продолжается на стадии катагенеза. Другие полагают, что образование нефтяных УВ происходит на стадии катагенеза в результате термокаталитических и термических преобразований ОВ.

Согласно В.В. Веберу, преобразование ОВ в осадке в УВ нефтяного ряда начинается ещё в диагенезе и продолжается на стадии катагенеза, подтверждается исследованиями многих учёных.

В.В. Вебер на примере ряда нефтегазоносных  провинций бывшего СССР и других стран показал возможность генерации  нефти в промышленных масштабах  на глубинах погружения нефтегазоматеринских отложений от 600 до 1400м, т.е. на стадии диагенеза. «Весь приведённый материал как геологический, так и геохимический, свидетельствует о начале процесса образования нефти на ранних, заведомо диагенетических стадиях превращения ОВ осадков. В ряде случаев и завершение этого процесса с образованием промышленно нефтеносных пород происходит на глубинах, не выходящих за пределы диагенетической зоны». [Вебер В.В., 1978, с. 48]

Исследованиями В.В. Вебера и П. Смита было установлено, что преобразование захороняемого в современных и древнечетвертичных осадках ОВ смешанного и растительно-животного происхождения при наличии благоприятных фациальных условий в анаэробной среде сопровождается образованием УВ нефтяного ряда. При этом отмечено, что по мере возрастания глубины погружения современных осадков степень восстановленности битуминозных компонентов ОВ увеличивается и одновременно в битумоидах растёт содержание УВ. На глубине около 1м содержание УВ составляет всего 7,5 % общего количества ОВ, 92,5 % приходится на долю асфальтно-смолистых и сложных органических соединений. В образцах с глубины около 30 м количество УВ увеличивается до 31 %, а содержание асфальтно-смолистых и сложных органических соединений снижается до 69 %.

Влияние Губкина на развитие нефтяной промышленности СССР было очень большим. Его идеи близки Михайловскому. Он во многом разделял сапропелитовую гипотезу Потонье, в той её части, которая касалась исходного для нефти материала. По мнению Губкина этот материал был смешанный, растительно-животный, сапропелитовый или сапропелито-гумусовый. Процесс преобразования исходного материала в нефть – длительный, начинается в мелководных «органогенных илах», на дне морских водоёмов и продолжается в течение всего диагенеза и позже, вплоть до начала горообразующих движений, когда нефть получала возможность мигрировать.

Количество рассеянного  ОВ в десятки тысяч раз, а рассеянных УВ в десятки и сотни раз  превосходит ресурсы нефти в  скоплениях. Таким образом, весьма небольшая  часть ОВ преобразуется в нефтяные УВ. В процессе седиментации и после захоронения в осадке ОВ в результате диагенеза подвергается разрушению и бОльшая его часть окисляется, а летучие компоненты удаляются. Наиболее устойчивая часть ОВ – липиды в результате гидролиза образуют смесь жирных кислот, которые по изотопному и химическому составу ближе всего к соединениям, входящим в состав нефтей. Дальнейшее преобразование липидной фракции ОВ и генерация основной массы нефтяных УВ протекают на глубинах, где температура колеблется от 60 до 180 о С.

Нефтеобразование по О.Г. Сорохтину

По О.Г. Сорохтину образование  нефти объясняется возгонкой  и термолизом биогенных веществ, затянутых вместе с океаническими  осадками в зону субдукции, где проходит поддвиг океанической литосферной плиты под континентальную. Породы осадочного слоя океана могут быть затянуты в зону поддвига литосферных плит следующим образом. По мнению Сорохтина и Лобковского «механизм затягивания осадков в зону поддвига плит полностью аналогичен механизму попадания жидких смазочных масел в зазоры между трущимися жёсткими деталями в различных технических устройствах и машинах». Расчёты показали, что если ширина зазора между плитами в 2-3 раза больше мощности осадочного слоя океанической коры перед зоной поддвига, то осадки будут проскальзывать зазор и попадать в мантию. Если же ширина зазора будет меньше, то осадки станут выжиматься из зоны поддвига и приращаться к противоположному от океана склону жёлоба. В этом случае будет происходить образование аккреционной линзы. Осадки, попавшие в зазор между движущимися плитами, подвергаются воздействию интенсивного сжатия, повышенного давления и прогрева, поэтому в них процессы диагенеза и катагенеза протекают значительно быстрее, чем в обычных условиях. Прежде, чем попасть в зону поддвига, океанические осадки ещё в условиях первичного залегания на дне проходят длительную стадию диагенеза в течение 100-150 миллионов лет. Одновременно происходит и некоторое преобразование органического вещества в сторону его созревания в микронефть. В зоне поддвига осадки с органическим веществом попадают в условия повышенного температурного режима. В зонах поддвига возникают природные перегонные кубы, где в сравнительно короткое геологическое время происходит трансформация рассеянного органического вещества в нефть за счёт жёсткого температурного режима.

Океанические остатки, приходящие в зону поддвига, всегда насыщены поровыми и кристаллизационными водами, концентрация которых иногда достигает 50%. При разогреве эти воды превращаются в термальные флюиды с температурой до 400 о С и давлением более 200 атм. Флюиды будут стремиться уйти из-под зоны поддвига в область меньшего давления. На своём пути они неизбежно начнут выжимать, растворять и выносить капельно-жидкую нефть. Это тот самый фактор выноса микронефти из материнской породы, которого ранее не хватало органическим теориям происхождения нефти. Именно перегретый водяной пар с избыточным давлением способен эффективно вытеснять рассеянную микронефть и осуществить процесс её миграции.

Поднимающиеся по трещинам термальные воды с углеводородами (в  свободном или растворённом состоянии) будут разгружаться в пределах литосферного выступа и в тылу островодужной системы с образованием залежей нефти.

В предлагаемом механизме  формирования месторождений нефти  и газа мобилизация и миграция рассеянных углеводородов происходит за счёт активной промывки осадочных слоёв термальными водами. Они вовлекают образовавшиеся углеводороды в общий глубинный водонефтяной поток, направленный в сторону уменьшения давления, т.е. в сторону от зоны поддвига. Избыточное давление термальных вод поддерживается за счёт постоян6ной мобилизации и перегрева породовых вод океанических осадков, а также вод, освобождающихся при дегидратации океанической коры в зоне субдукции.

По мере удаления от зон  поддвига температура и давление термальных вод уменьшается, в результате замедляется и скорость их фильтрации. Возникают условия, благоприятные для аккумуляции углеводородов.

Следует различать два  основных механизмов поддвига, приводящих к образованию нефти. Первый механизм выражен пододвиганием океанической плиты под островные дуги или континенты (процесс субдукции), а второй – надвиганием островной дуги или края континента на пассивную окраину другого континента (процесс обдукции). По мнению Сорохтина, второй процесс более нефтеобилен, чем первый. Дело в том, что пассивная окраина имеет более мощную линзу осадочных пород. Эта линза располагается у подножия континентального склона континента, её мощность более 10-15 км. А если учесть, что по окраинам континентов биопродуктивность океанов существенно увеличена, то становится понятным высокое содержание в осадочной массе линзы органического вещества.

Под тяжестью литосферного выступа наползающей плиты углеводороды будут активно выжиматься из осадочной  линзы и мигрировать в сторону  окраины пододвигаемых континентальных платформ. Этими эффектом «горячего утюга» О.Г. Сорохтин объясняет формирование зон нефтеобразования Персидского залива и других частей земного шара.

Такой механизм образования  нефти, предложенный Сорохтиным, даёт возможность понять и объяснить ряд фатов, которые ранее были труднообъяснимы с позиций классической органической концепции происхождения нефти, а также существенно ослабить позиции сторонников теории неорганического происхождения нефти.

Во-первых, становится понятным, почему в ряде мест земного шара образуются относительно огромные скопления углеводородов: органическое вещество, из которого образовалась нефть, длительное время поставлялось к зоне поддвига конвейером литосферных плит, а сама нефтесборная площадь в несколько раз могла превосходить современные нефтегазоносные бассейны.

Во-вторых, отводится  ещё один из важнейших доводов  «неоргаников» - присутствие углеводородных газов и даже жидкой нефти в  вулканических выделениях. Это результат  затягивания органики в мантию, её термолиза и возгонки образовавшихся углеводородов термальными водами в верхние слои литосферы.

В-третьих, предложенный механизм объясняет попадание в  мантию Земли органического вещества. Не из мантии в земную кору идёт поток  углеводородов, а, наоборот, из коры в мантию поставляется органика и готовые углеводороды

В-четвёртых, предложенный механизм обосновывает возможность  вытеснения микронефти из материнского пласта и сравнительно дальнюю в  некоторых случаях миграцию нефти  и газа из зон поддвига в краевые  области смежных платформ.

Как видим, учение о литосферных  плитах сыграло революционную роль в дальнейшем развитии воззрений  на происхождение нефти. Однако полностью  объяснить процесс образования  нефти с позиций предложенного  механизма невозможно. О.Г. Сорохтин признаёт, что некоторые нефтегазоносные регионы не имеют прямой связи ни во времени, ни в пространстве с зонами поддвига. К ним относятся: Западная Сибирь, Северное море, Атлантическое побережье Африки и Южной Америки.

Теория К.П. Калицкого

Эта теория за исходное вещество принимает морскую траву Zostera. Из скопившихся на морском дне остатков морской травы после перекрытия их минеральными отложениями образуется нефть, которая так и остаётся в первичном залегании. В отношении миграции теория Калицкого занимает наиболее крайнюю позицию, считая, что всякое скопление имеет строго первичный характер, отрицается миграция, могущая привести к образованию её скоплений.

Под первичной залежью  или залежью, образовавшейся in situ, по Калицкому, подразумевается такая залежь, нефть которой после своего образования не претерпевает никаких перемещений относительно содержащих её пород. Нефть могла перемещаться только вместе с содержащим её пластом, который под действием тектонических сил вместе с другими пластами подвергается перемещению в пространстве, большему или меньшему изгибу или разрыву, сопровождающемуся смещением относительно друг друга разъединённых частей пласта. Во всех этих случаях предполагается, что нефть не передвигается в содержащей её породе и из этой породы в какую-либо другую.