Происхождение нефти

Доводы И. А. Кудрявцева

Начало 50-х годов знаменуется активизацией концепции неорганического синтеза углеводородов и обострением дискуссии между «органиками» и «неорганиками». Это связано с именем известного ленинградского геолога-нефтяника Н. А. Кудрявцева. Неутомимый исследователь, долгие годы практически в одиночку он собирал и обобщал огромный геологический материал по нефтяным и газовым месторождениям мира. Выводы, к которым пришел Н. А. Кудрявцев, взбудоражили специалистов и способствовали возобновлению затихшей, было, дискуссии.

Прежде всего Н. А. Кудрявцев обратил внимание на пространственную приуроченность месторождений нефти и газа к зонам глубинных разломов земной коры. Сама по себе эта мысль была ненова. На это уже указывали Г. В. Абих и Д. И. Менделеев на примере Апшеронских месторождений. Но у Н. А. Кудрявцева эта связь приобрела закономерный и всеобщий характер. Вот один из примеров, который приводил исследователь. На севере Сибирской платформы в районе Мархинского вала необычайно широко развиты на поверхности нефтепроявления. Скважина, пробуренная здесь, показала, что весь разрез мощностью 2 км пропитан нефтью. В то же время количество сингенетичного углерода (т. е. образовавшегося в породе в момент ее формирования) очень низко — 0,02– 0,4 %. С удалением от вала появляются породы, обогащенные органикой, а нефтепроявления исчезают. Н. А. Кудрявцев доказывал, что нефтегазоносность Мархинского вала связана не с органическим веществом, а с разломом, который прослеживался вдоль всего вала геофизическими исследованиями. Вопрос о взаимоотношениях нефтегазовых скоплений с глубинными разломами в дальнейшем неоднократно обсуждался в геологической литературе, но об этом особый разговор.

Далее Н. А. Кудрявцев акцентировал внимание специалистов на имеющиеся факты приуроченности скоплений углеводородов к магматическим породам. Так, в штате Вайоминг (США) местные жители для отапливания своих домов использовали асфальт из гранитных пород соседних Медных гор. Нефть заполняет здесь трещины и пустоты в магматических образованиях до глубины 600 м. Для добычи нефти и асфальта пробивались даже с поверхности шахты и штольни. В ряде месторождений марганца Швеции и Норвегии асфальты были обнаружены в пегматитовых жилах[2]. Жидкая нефть была выявлена и в пегматитовых жилах Канады.

Во многих рудниках на Скандинавском, Канадском и Украинском кристаллических щитах горным работам мешают выделяющиеся по трещинам взрывоопасные углеводородные газы. В Южной Африке (рудник района Одендалсрюс) при проветривании рудников выносится до 500 млн м³ газа в год. Если бы на пути этого газового потока, рассуждал Н. А. Кудрявцев, имелись бы благоприятные условия для его накопления, то за 10 тыс. лет (очень короткий, по геологическим меркам, отрезок времени) могла бы образоваться залежь с запасами в 5 трлн м³. Н. А. Кудрявцеву и его последователям удалось зафиксировать более 200 случаев включений углеводородов в магматических породах. Кроме того, известны десятки промышленных залежей нефти, связанных с изверженными магматическими или метаморфическими породами, некоторые из них успешно эксплуатировались.

Важным доводом Н. А. Кудрявцева являлось обнаружение следов нефти в кимберлитовых трубках. Последователь и ученик Н. А. Кудрявцева ленинградский геолог Н. С. Бескровный тщательно изучил такие факты. Кимберлитовые трубки — это каналы взрывообразного прорыва земной коры глубинными газами и магмой. В них в условиях огромных давлений и высоких температур рождаются алмазы. Подобные образования называют еще трубками взрыва, алмазоносными трубками. Для формирования кристаллов необходимо, чтобы в магме содержался углерод. Н. А. Кудрявцев и другие «неорганики» предполагали, что одновременно с алмазами в трубках взрыва возникали и углеводороды, которые из мантии Земли двигались к ее поверхности. Исследования зарубежных ученых X. Мелтона и А. Джиардини масс-спектрографическим методом выявили в образцах алмазов Южной Африки и Бразилии следующий состав летучих компонентов: вода, водород, углекислота, метан, этан, пропан и др. «Органики» пытались объяснить эти и другие подобные данные «захватом» нефтяных веществ трубками взрыва из прорываемых осадочных пород. В Сибири, на примере которой изучались эти факты, такими породами являлись известняки, имеющие в своем составе углерод (формула известняков — СаСО₃. Однако Н. С. Бескровный на основании изотопного анализа углерода карбонатных пород трубок взрыва, алмазов и битумов, содержащихся в этих трубках, а также в окружающих их известняках, пришел к выводу о различии содержащегося в них углерода. Вмещающие известняки имеют тяжелый углерод по сравнению с алмазами и битумами трубок взрыва. Этот факт, ставящий в затруднительное положение «органиков», требует особого объяснения, о чем будет сказано далее.

Еще один довод Н. А. Кудрявцева: в мире известны удивительные случаи аномально высокой концентрации нефти. В зоне Персидского залива сосредоточено почти 70 % всех зарубежных запасов «черного золота». Еще более грандиозные залежи тяжелой нефти и битумов известны в Канаде и Венесуэле. В районе озера Атабаска (Канада) в песчаниках мелового возраста содержится около 100 млрд т тяжелой нефти (уд. вес 1,0–1,07 г/см³), что равно всем мировым ее запасам. Только высокая вязкость этой нефти не позволяет эксплуатировать месторождение обычным способом. Н. А. Кудрявцев полагает, что для образования такого количества тяжелой нефти потребовалось бы обычной нефти в 3–4 раза больше. С позиций органической концепции для сбора такого количества нефти необходима площадь не менее 2 млн. км². Однако в этом районе Канады нет столь огромной нефтесборной площади.

В Венесуэле по нижнему течению реки Ориноко вытянулся знаменитый асфальтовый пояс Офисина-Трембладор. Общие запасы тяжелых углеводородов в его пределах оцениваются почти в 500 млрд т. По расчетам Н. С. Бескровного для образования этого количества тяжелой нефти, асфальтов и битумов потребовалось бы почти 1,5 трлн т обычной нефти, что в 15 раз больше всех установленных на сегодня нефтяных богатств мира [Особенности глубинного строения…, 1982]. С позиций органической гипотезы происхождения нефти подобные факты трудно объяснялись.

Н. А. Кудрявцев обратил внимание исследователей еще на один весьма интересный факт: на содержание в вулканических газах (фумаролах) газообразных углеводородов. Новые подтверждения этого получены в последние годы. Так, в результате извержений вулканов Тятя на острове Кунашир в июле 1973 г. и Толбачик на Камчатке в июле 1975 г. в пеплах было обнаружено значительное количество органических соединений. В частности, в пепле вулкана Тятя содержалось 140 тыс. т неочищенного от элементарной серы органического вещества, состоящего из углеводородов и их производных, там же обнаружено 26 т аминокислот. При извержении Толбачика в изверженных материалах находилось около 2 млн т органического вещества и более 100 т аминокислот, а общая масса углеводородных соединений, вынесенных в составе вулканических продуктов, по оценке Е. К. Мархинина, достигала 2,5×10⁶ т. Интересно, что органика представляла собой многокомпонентную смесь, в которой присутствовали все гомологи нормальных парафинов с С₂₆ до С₃₁ и небольшое количество изопарафинов. Соотношения углеводородов в этом ряду характерны для соединений нефтяного характера. И эти факты не единичны. По данным Е. К. Мархинина, за всю геологическую историю Земли посредством извержения вулканов могло выделиться n(10¹⁵–10¹⁶) т углеводородов, что сопоставимо с массой всего органического вещества, содержащегося в осадочных породах земной коры [Дегазация Земли и геотектоника, 1985].

В 1969 г. Н. С. Бескровный, изучая вулканы Камчатки, обнаружил в кратере вулкана Узон небольшое озерцо жидкой нефти. Узонская нефть ничем не отличалась от обычной. Она даже была оптически активна и вращала плоскость поляризации света вправо на 21°, что, казалось, полностью опровергало представление «органиков», будто оптическая активность создается лишь живым веществом.

В 1970 г. были опубликованы интересные данные о выделении нефти в многочисленных горячих источниках (до 100 °C) Йеллоустонского парка. Источники были ювинильны, т. е. связаны с глубинными магматическими очагами.

Н. А. Кудрявцев не только приводил факты в пользу неорганической концепции, но и подвергал критике устои «органиков». В частности, он ставил под сомнение возможность перемещения нефти вдоль слабона-клоненных пластов-коллекторов на большие расстояния под влиянием только силы тяжести; отрицалась возможность выделения углеводородов из нефтепроизводящих свит и концентрации их в залежи. Казалось бы, все это неоспоримо свидетельствует о глубинном синтезе углеводородов.

Обобщая изложенные факты, Н. А. Кудрявцев создал свою магматическую гипотезу происхождения нефти. Согласно его взглядам, в условиях высоких температур и давлений в мантии Земли из углерода и водорода вначале формируются углеводородные радикалы СН, СН₂ и СН₃. Они движутся в веществе мантии, подчиняясь перепаду давления: из области высоких в область низких давлений. В зонах глубинных разломов снижение давления особенно ощутимо, именно сюда должны устремляться, по И. А. Кудрявцеву, мантийные углеводороды. Поднимаясь в земную кору, в менее нагретых зонах они соединяются друг с другом и с водородом, образуя различные углеводороды. В недрах Земли могут происходить и сопутствующие реакции, приводящие к образованию дополнительных углеводородов из окиси углерода и водорода, из карбидов различных металлов и воды. По мнению Н. А. Кудрявцева, разнообразие реакций обеспечивает разнообразие нефтей в природе.

Движение углеводородов к земной поверхности происходит по системам трещин, оперяющих глубинные разломы. В результате в пористых породах осадочного чехла скапливается несколько залежей, образующих не одно месторождение, а целые зоны нефтегазонакопления. Так, Н. А. Кудрявцев увязал воедино разрозненные до того представления «неоргаников». Исходя из своих теоретических воззрений, он делал и практические выводы, в частности предлагал искать залежи нефти в зонах глубинных разломов, включая в объект поиска и магматические породы фундамента. Н. А. Кудрявцев считал, что если залежь выявлена в верхних горизонтах осадочного чехла, то внизу обязательно должны быть новые залежи, может быть даже более богатые «черным золотом». В результате и глубоко залегающие горизонты земной коры (до — глубины 6–7 км и более) стали рассматриваться как перспективные объекты, что имело большое практическое значение и было в ряде мест земного шара подтверждено сверхглубоким бурением.

Теоретические доводы Н. А. Кудрявцева, ставившие порой в тупиковое положение «органиков», и его практические рекомендации вдохновили сторонников неорганического синтеза углеводородов. Немаловажную роль сыграли убежденность исследователя и бойцовские качества его характера. Незадолго до своей кончины в одной из последних статей, посвященной неорганическому синтезу углеводородов, Н. А. Кудрявцев [1971] писал: «Сторонники этой гипотезы, которых становится все больше, уверены, что именно за ней — будущее» (с. 72). Действительно, в Ленинграде, Киеве, Львове сформировались целые научные коллективы, развивающие и обогащающие неорганические воззрения. Наиболее существенный вклад в развитие этих идей внесли В. Б. Порфирьев, П. Н. Кропоткин, Г. Н. Доленко, И. В. Гринберг, Э. Б. Чекалюк, Н. С. Бескровный, В. А. Краюшкин, Б. М. Валяев, А. И. Кравцов, И. Я. Фурман и другие исследователи.