Органическая теория происхождения нефти

По К.П. Калицкому, сначала  образуется залежь нефти в пласте, а затем уже этот пласт подвергается тем или иным деформациям. Эту залежь также относятся к первичным.

Говоря о возможности  перемещения нефти по пласту и  её аккумуляции в своде складки, Калицкий считал, что в предположении о таком виде миграции (т.е. только по пласту) «…нет ничего фантастичного». Однако сам К.П. Калицкий стоял на точке зрения строгой первичности нефти, исключающей образование сколько-нибудь значительных скоплений нефти за счёт её миграции как по пластам, так и иными путями (через трещины и сбросы из других пластов).

Следует заметить, что  это учение Калицкого о строгой  первичности всякой залежи нефти  оказало влияние на некоторые  другие теории происхождения нефти, разрабатываемые химиками, которые, не входя в сущность вопросов миграции нефти и веря Калицкому и его сторонникам, становились в своих исследованиях на позиции первичности (in situ) залежей нефти. Так, например, это учение о первичности залегания нефти оказало влияние и на теорию Стадникова, который ссылался на первичность залегания нефти как на установленный геологами факт. Ещё более определённо на позицию первичности залегания нефти стал А.В. Фрост, приведя некоторые доводы Калицкого об отсутствии явлений миграции нефти. При этом первичность залежей нефти часто понималась в соответствии с концепциями Калицкого в том смысле, что не было миграции нефти даже по содержащему её пласту и скопление нефти образовалось in situ. Несмотря на утверждения некоторых исследователей о признании первичности залежей нефти, следует указать, что скорее большинство геологов придерживается противоположной точки зрения, считая, что образование скоплений нефти обусловлено её миграцией, которая при известных условиях может происходить на большие расстояния.

В теории Калицкого приводится подробное изложение условий  существования распространённости и накопления остатков морской травы, а также многочисленные доводы в  пользу строгой первичности залежей  нефти. В этой теории имеется подробное обоснование выдвигаемой точки зрения как на вопрос об исходном веществе, так и на вопрос об образовании скоплений нефти. В то же время эта теория совершенно не касается вопроса о том, в результате каких причин и процессов из морской травы образуется нефть.

Проанализируем данную теорию. В осадочных отложениях морского происхождения органическое вещество может накопляться различными путями. Частицы осадочных пород, образовавшиеся на суше, могут содержать органическое вещество в своих микропорах или на своей поверхности. Будучи унесёнными потоками воды или попав в море, эти частицы оседают на дно, как это изложено выше. Органическое вещество может быть рассеянно в воде, а затем увлечено осаждающимися минеральными частицами. Остатки морского планктона, нектона и бентоса вместе с остатками морских животных могут отлагаться вместе с минеральными частицами. Во всех этих случаях органическое вещество уже после уплотнения первоначально образовавшегося ила будет занимать ту или иную часть порового пространства. Органическое вещество может находиться в микропорах частиц породы, в адсорбированном состоянии на поверхности этих частиц. Кроме того, в порах породы может находиться органическое вещество в виде огтдельных его частиц и плёнок, в той или иной степени заполняющих поры и облекающих поверхность зёрен породы. Максимальное количество органического вещества, могущее содержаться в песках и известняках, не должно превышать объёма этих пор, трещин и иных промежутков в минеральной части породы. Это количество органического вещества практически всегда будет меньше общего объёма пор, так как невозможно себе представить, чтобы в осадочных отложениях, образующихся в водной среде, все поры и промежутки оказались заполнены органикой. Часть этих пор будет занята водой. В указанных выше случаях невозможно представить, чтобы на тех или иных участках каким-либо образом оказались концентрации органических веществ, во много раз превосходящие концентрации на соседних участках. Нельзя себе представить, чтобы на каком-либо участке, соответствующим по своим размерам площади залежей, все поры оказались заполненными органикой, а рядом на протяжении нескольких метров концентрация этой органики снижалась бы, например, в 10-20 раз. Частицы горных пород, приносимые водными потоками в море вместе со взвешенными и растворёнными органическими веществами, достаточно хорошо перемешаны между собой. Попадая в море, эти частицы и органическое вещество рассеиваются по большой площади, поэтому нельзя предполагать и образование на большой площади резко очерченных высоких концентраций органических веществ, следовательно, и образование залежей in situ. Из рассеянного в породе органического вещества при его содержании 2-3 % нельзя предполагать при отсутствии миграции и образования нефти.

Нельзя предположить, чтобы исходное вещество для образования нефти (остатки планктонных, нектонных и прочих организмов) накоплялось на строго ограниченных участках, за пределами которых содержание этих органических остатков падало бы во много раз; а именно – наличие таких резко очерченных высоких концентраций исходного органического вещества и требует теория первичного залегания нефти. Для того, чтобы обойти эти затруднения, Калицкий считает, что исходным для нефти веществом являлась морская трава. Поскольку эта трава растёт в море на песчаных грунтах на определённых ограниченных участках, а погибшие растения здесь же могут частично и накопляться, то условия для образования скопления органического вещества в песчаном грунте, по мнению Калицкого, здесь имеются.

Образование нефти происходит в песках, in situ, за счёт скопления донной растительности.

Образующаяся в осадочных  породах нефть первоначально  находится в рассеянном состоянии. Эта рассеянная нефть и является первичной нефтью, однако концентрация её очень невелика, что следует из содержания органического вещества в современных морских осадках. Содержание образующейся в породе нефти должно быть ещё в несколько раз меньше, чем содержание исходного органического материала может превратиться в нефть, а также и неизбежные потери газа и нефти за счёт миграции и окисления.

Таким образом, всякое более  или менее крупное скопление  нефти в пористом коллекторе может  быть образовано только в результате миграции и аккумуляции нефти  в соответствующей тектонической  или стратиграфической ловушке. Не только промышленная залежь нефти, но и вообще всякое небольшое скопление нефти, высокое по своему насыщению в пористой породе (нефть заполняет большую часть пор), может образоваться только в результате миграции и аккумуляции нефти из окружающей среды. Поэтому, рассматривая вопрос о возможности образования скоплений нефти in situ, большинство ученых выдвигают положение, диаметрально противоположное взглядам Калицкого.

Флюидно-диффузионная теория

В последнее время  к вопросу о механизме нефтеобразования стало возможно подойти с позиций общих законов трансформации горных пород при их нагреве, происходящем в процессе погружения.

Сущность подхода заключается  в трёх положениях:

1. в законе вертикальной тектонико-петрологической расслоённости литосферы и верхней мантии, выражающейся в чередовании зон уплотнения и разуплотнения;
2. разуплотнённые зоны представляют собой вместилища природных породных растворов и расплавов;
3. флюиды, насыщающие зоны разуплотнения, при нагреве могут расширяться.

Происходит потеря летучих  компонентов, которые включают, прежде всего, воду, а также углекислоту, жидкие углеводороды, различные газы. Происходит так называемая дегидратация или дефлюидизация пород, за счёт которой создаются зоны разуплотнения, насыщения растворами.

Из этого следует: 1) нефть и газ, объединяемые понятием углеводородного раствора (УВР), есть не что иное, как тривиальный вариант сравнительно низкотемпературной дефлюидизации осадочных пород, обогащённых ОВ; 2) саморазвитие осадочного бассейна, испытывающего интенсивное погружение, приводит к интенсификации системы восходящих тепловых потоков, активизирующих процессы нефтегазообразования во всём бассейне. Чем интенсивнее прогибание, тем выше уровень реализации нефтематеринского потенциала, накопленного данным бассейном.

Повсеместное распространение  УВ в стратисфере дало основание  для выделения углеводородной сферы  Земли (увосфера). Увосфера не имеет чётких ограничений, а располагается в виде углеводородных растворов в трещинно-поровом пространстве верхней части литосферы. Она представляет собой прерывисто-непрерывную среду преимущественно в осадочной части земной коры с переменчивой мощностью от нескольких сотен метров до 15 км и более, характеризующуюся неодинаковой концентрацией УВ-растворов в различных её частях. Характерная черта увосферы – постоянное её обновление. На смену разрушающейся соединениями и скоплениями в процессе эволюции земной коры приходят всё новые и новые порции УВ, вновь образующие скопления.

Увосфера возникла на ранних стадиях существования Земли  одновременно с появлением биосферы, примерно 3,5 млрд лет назад и является результатом взаимодействия биосферы, гидросферы, литосферы и верхних слоёв мантии. Приуроченность нефти и газа к осадочным образованиям стратисферы является первым доказательством нефтеобразования за счёт погребённой биосферы. Второе доказательство преемственности вещества нефти от былых биосфер связанно с достоверными геохимическими свидетельствами биогенной природы нефти. Биогеохимия нефти свидетельствует о том, что структурные и концентрационные характеристики, присущие хемофоссилиям нефти, не случайны, а отражают типы биогенных предшественников и процессы их трансформации в соединения нефти. Достоверная генетическая информация, сохранённая молекулами-биомаркерами в составе нефти, о липидах и липоидах организмов палеобиоценозов как источниках вещества нефти создала основу биогеохимических реконструкций нефтеобразования.

Нефтегазообразование  следует рассматривать как саморазвивающийся  процесс, сопровождающий осадочное  породообразование и находящийся  в тесной связи с развитием  биосферы. Эта связь проявляется  на протяжении всего круговорота  органического углерода в цепи биосфера-увосфера-биосфера. Происходит чередование процессов деструкции и синтеза, протекающих под действием запасенной органическими соединениями при их биосинтезе «биологической» энергии и внешней тепловой энергии, соотношение которых определяет типы химических преобразований ОВ.

На первом этапе в  условиях седиментогенеза и диагенеза  имеют место биодеструкция основных групп биополимеров (жиров, белков, углеводов, лигнина) и геосинтез  из продуктов их деструкции разного  типа геополимеров, накапливающихся в осадке и формирующих кероген осадочных пород. Генерирующиеся на этом этапе углеводородные газы главным образом уходят в гидросферу или атмосферу.

Второй этап, протекающий  в условиях катагенетической трансформации  осадочных пород, характеризуется  процессами термодеструкции геополимеров и термокаталитического синтеза нефтяных и газовых УВ из фрагментов липидных и изопреноидных соединений, высвобождающихся из керогенной формы рассеянного ОВ. Миграционно-способные жидкие и газовые УВ, удаляясь из материнской породы, образуют углеводородные растворы, которые могут концентрироваться в виде скоплений нефти и газа. Именно на этом этапе реализуются главные фазы нефте- и газообразования, отвечающие за реальную нефтегазоносность осадочных бассейнов. На третьем и последующих этапах продуктами уже значительно истощённого ОВ являются газы.

Суммируя сказанное, можно  утверждать, что нефть и газ  в осадочных бассейнах возникает  в результате взаимодействия двух разнонаправленных  вещественно-энергетических потоков. Один из них связан с погружением и катагенетическим преобразованием пород и рассеянного в них ОВ – продуктов жизнедеятельности биосферы, а с другой – с подъёмом конвективно-кондуктивного теплового потока, осуществляющего тепломассоперенос из недр Земли к её поверхности. Нефтеобразование – саморазвивающийся автоколебательный процесс, контролируемый рядом объединённых в пространстве и во времени факторов, как экзогенных, так и эндогенных.

Образование нефти  в угленосных толщах

Последние десятилетия  ознаменовались новыми открытиями в континентальных угленосных толщах. Такие бассейны с преимущественно континентальным выполнением широко распространены в Китае, Австралии, Юго-Восточной Азии. На более жёсткие условия проявления ГФН в толщах с гумусовым типом ОВ обратил внимание ещё Н.Б. Вассоевич. Известна и альтернативная точка зрения для континентального ОВ, обогащённого экзинитом и резинитом. До сих пор остаётся дискуссионным и недостаточно разработанным вопрос о возможности генерации жидких УВ в угленосных толщах. Наиболее распространена точка зрения, что генерировать нефть может не весь уголь, а только его липоидные компоненты – воски, коровые ткани, споры, пыльца, смоляные тела и др. Некоторые исследователи полагают, что и витринит и даже инертит могут участвовать в генерации жидких УВ.

Нефте – и нафтоидопроявления известны в угольных бассейнах различного возраста, так же как и в нефтегазоносных  бассейнах часто присутствуют угольные пласты. Большую работу по сбору  и анализу этих данных провели  М.В. и А.М. Голицыны. Они, например, подчёркивают, что западная Сибирь представляет собой не только крупнейший нефтегазоносный мегабассейн, но и крупнейший угольный бассейн с углями позднепалеозойского, мезозойского и кайнозойского возраста. Наиболее угленасыщена юрская тюменская свита и меловые – танопчинская и покурская свиты.

Мезозойские угли сложены  гумусовым и сапрпелево-гумусовым  ОВ с повышенным содержанием компонентов  групп витринита и лейптинита. Юрские угли (тюменская свита) характеризуются  повышенным содержанием водорода (до 7,3%), что свидетельствует о повышенном содержании в них микрокомпонентов группы лейптинита. Это позволяет предположить, что эти угли могут генерировать не только газообразные, но и жидкие УВ.

Проявления нефти, вязких и твёрдых нафтидов отмечены во многих угленосных бассейнах: Донецком, Карагандинском, Ленском, Таймырском, Печёрском, Львовско-Волынском, Кизеловском, и других. Особенно широко распространены нефтепроявления в Кузнецком угольном бассейне. Для северных районов Кузбасса, где развиты малометаморфизированные угли марок Д и Г (МК1 и МК 2), характерно наличие нефтей смолисто-асфальтеновых, нафтеновых, с малым количеством парафинов. В южных районах бассейна, где развиты более метаморфизированные угли, появляются метановые высокопарафинистые нефти с малым содержанием смол и полным отсутствием асфальтенов. Более напряженные термодинамические условия способствовали здесь метанизации нефти.

Максимумы содержания тяжёлых  УВ в угольных газах совпадают  с площадями развития нефтепроявлений  в пластах угля в зонах нарушений.

В целом нефти угольных бассейнов высокопарафинистые, а  угли, с которыми пространственно  и генетически связаны нефти, характеризуются повышенным содержанием лейптиновых компонентов (5-35%). Интересные исследования по возможной нефтегенерации гумусовыми углями, бедными лейптином, проведены по австралийским бассейнам Купер и Боуэн. Пермское ОВ в них имеет явно континентальный генезис, оно представлено здесь в основном группой инертинита (до 80%). В то же время бассейн Купер содержит не только заметные ресурсы газа, но и несколько мелких нефтяных месторождений. Расчёт содержания ОВ в породе с учётом только компонентов групп витринита (0,1500,35%) и лейптинита (1,5-2,5%) с учётом группы инертинита привёл Б. Томаса и М. Смита к выводу, что и инертит участвует в генерации не только газообразных, но и жидких УВ.