Происхождение нефти

Ответ «неорганикам»

Теперь мы располагаем достаточными знаниями, чтобы подвести черту многолетнему спору «органиков» и «неоргаников». Объективная оценка всех «за» и «против» склоняет чашу весов в пользу органической концепции. Неоспоримые геохимические факты позволяют проследить путь органического вещества от живого организма до жидкой нефти. В то же время нельзя отрицать и того, что все элементы, составляющие нашу планету, некогда в разобщенном состоянии входили в первичное газопылевое облако, из которого сформировалась вся Солнечная система. А если это так, то и углерод и водород, образующие ныне земные углеводороды, находились в свое время в космическом пространстве. Значит, нефть и газ космического происхождения, но тогда и человечество ведет свой род от космоса.

Все космическое вещество, сформировавшее Землю, прошло долгий путь своего развития уже в земных условиях, и те метаморфозы, которые претерпел углерод и водород, прежде чем стать нефтью, происходили в живых организмах и растениях.

Вряд ли было бы правильным отрицать и тот факт, что углеводородные соединения нельзя получить неорганическим путем в лаборатории. Значит, и в природе могли создаваться благоприятные условия для образования неорганических углеводородов. Ведь И. М. Губкин признавал возможность такого происхождения нефти, но в ограниченных количествах, в виде минерального включения. Однако в книге речь идет о крупных скоплениях этого полезного ископаемого. Еще в 1927 г. В. И. Вернадский утверждал, что «хотя теории неорганического генезиса нефтей еще существуют и имеют последователей между учеными, но неуклонно становится ясным, что к большим скоплениям и нефтяным областям они неприложимы».

Действительно, вся огромная масса нефти и газа, пропитывающая пористые породы земных недр, несомненно, органического происхождения. Во-первых, если бы нефть поступала на поверхность Земли из глубоких недр по расколам коры, то там, где имеются такие каналы, должны были бы бить нефтяные ключи, вырываться газовые струи. Ведь, как считают «неорганики», в астеносферном слое верхней мантии Земли «плещутся» целые моря углеводородов, готовые при любой возможности вырваться наружу. Между тем в рифтовых долинах океанов, к которым вплотную подходит астеносферный слой, хотя и выявлены углеводородные эманации, но интенсивность их выделения сравнительно мала и не соответствует моделям глубинных генерационных очагов углеводородов, созданным «неорганиками». Да и состав выделяющихся газов метановый, тяжелых, или нефтяных, углеводородов там практически нет.

Во-вторых, все нефти характеризуются высоким содержанием определенных углеводородов, их состав и свойства удивительным образом увязываются с биохимическими соединениями (жирные кислоты, пигменты, стероиды и т. д.), составлявшими некогда живые организмы и захороненными в осадках после их гибели. Если допустить неорганический синтез нефти, то она состояла бы из необозримого множества углеводородов. Число изомеров углеводородов растет очень быстро по мере увеличения количества атомов углерода в молекуле, например у декана (С₁₀Н₃₂) — всего 75 изомеров, у эйкозана — (С₂₀Н₄₂) — их уже 366 319, у С₂₅Н₅₂ — 36 797 588, а у С₄₀Н₈₂ — более 62 трлн (62×10¹²). И все это бесконечно огромное количество изомеров должно содержаться в нефтях абиогенного происхождения. На самом же деле это далеко не так. В наиболее изученной нефти из Понка-Сити (Оклахома, США) почти половина ее (44,5 %) состоит лишь из 159 углеводородов, обычно же в нефтях содержание углеводородов не превышает 350.

В-третьих, геохимикам удалось проследить все промежуточные соединения между хлорофиллом, захороненным в верхних слоях донных морских осадках, продуктом его распада в более глубоких пластах и порфиринами в нефтях. Порфирины стали своеобразными мечеными атомами, их рассматривают как биохимически меченые структуры, химические ископаемые (хемофоссилии, по Н. Б. Вассоевичу). Такими же метками являются изопреноидные углеводороды, источником которых служит опять-таки хлорофилл и родственные ему пигменты. К хемофоссилиям относят и стероиды, представителями их выступают холестерин, фитостерин и другие родственные соединения, встречающиеся в организмах животных.

Отечественные и зарубежные ученые (А. П. Виноградов, Э. М. Галимов, Э. Дегенес, Дж. Хант и др.) установили, что природные нефти, рассеянное органическое вещество в осадочных породах и липоиды планктона обогащены легким изотопом углерода (¹²С), что указывает на их генетическое единство.

Другими словами, прямое родство нефти от животных организмов и растений не вызывает сомнений. Более того, закономерности в химическом составе нефтей обусловлены строением исходных нефтематеринских веществ. Еще в 1969 г. известный геохимик А. А. Карцев доказал, что нефти, образовавшиеся в различные геологические эры, отличаются друг от друга химическим составом. Это хорошо увязывается с развитием органической жизни, которая имела свою четко выраженную специфику в каждой из эр.

К аналогичным выводам пришли и другие ученые. В частности, на основе исследования нефтей Предкавказья С. П. Максимов и др. убедительно показали, что для нефтей миоценового возраста характерен гомологический ряд, в котором преобладают системы с одним ароматическим циклом и одним нафтеновым кольцом, имеются также системы из трех ароматических циклов и одного нафтенового кольца. Для меловых (более древних) нефтей в гомологическом ряду преобладают иные системы. В них ароматический цикл сочетается с двумя нафтеновыми кольцами и полностью отсутствуют миоценовые системы, состоящие из трех ароматических циклов с одним нафтеновым кольцом. Приведенный пример как нельзя лучше доказывает теснейшую связь нефтей с нефтематеринской породой и цикличность самого процесса нефтеобразования.

Зависимость химического состава нефти от материнской породы подтверждается еще и изучением микроэлементов. Это понятие было введено в 1931 г. академиком А. П. Виноградовым применительно к элементам, обнаруженным в организмах в количестве от 10^-4 до 10^-2 %. Наиболее характерными микроэлементами являются ванадий и никель, содержащиеся во многих растительных и животных организмах. Оказалось, что между содержанием в нефтях ванадия и никеля и количеством смол и асфальтенов существует тесная связь. Тяжелые, богатые смолами и асфальтенами нефти содержат большое количество этих микроэлементов, тогда как легкие нефти ими обеднены. В древних (палеозойских) нефтях содержание ванадия увеличивается по сравнению с молодыми (кайнозойскими) нефтями. В концентрациях никеля наблюдается обратная картина. Проведенные исследования свидетельствуют о том, что микроэлементы пришли в нефть из живых организмов, ибо общий ход распределения элементов в нефтях очень близок к ходу их распределения в растениях и животных.

В последние годы важные доказательства цикличности нефтеобразования были получены на основе изучения изотопного состава серы нефтей. В Восточной Сибири, например, были установлены вендский и кембрийский генетические типы нефтей, а следовательно, и циклы нефтеобразования; в Волго-Уральской провинции (Верхнекамская впадина) — вендский, девонский и нижне-среднекаменноугольный циклы; в Балтийской синеклизе — кембрийский, ордовикский и силурийский; на Оренбургском своде Прикаспийской впадины — девонский, нижне-среднекаменноугольный и нижнепермский; в Днепрово-Донецкой впадине — девонский и нижнекаменноугольный; в Восточном Предкавказье — триасовый, юрский и меловой; в Амударвинской синеклизе — юрский; в Прикаспийской впадине — девонский, каменноугольный, нижнепермский, триасовый и юрский. Цикличность нефтеобразования — важнейшее доказательство прямой зависимости нефти от материнской породы и геологической истории развития данного региона. Более того, уже сравнительно давно было подмечено, что существует параллелизм цикличности нефтегазообразования с цикличностью накопления каустобилитов в целом. Так, например, И. С. Мустафинов выделяет два максимума в накоплении каустобилитов (нефть, горючие сланцы и каменный уголь) — это каменноугольный период и мел — неоген, что надежно указывает на органическое происхождение нефти.

Изложенное позволяет утверждать, что с точки зрения геохимии органическая теория обоснована достаточно хорошо. Тем не менее считать, что вопрос о происхождении нефти закрыт, было бы преждевременным. Даже если принять геохимическую последовательность преобразования захороненной органики в нефть как абсолютную истину, то остается еще много неясного в дальнейшей судьбе капельно-жидкой нефти: как попадает она в пористые породы-коллекторы, в каком состоянии перемещается по ним, что определяет образование скоплений нефти в том пли другом месте и т. д.? В этом отношении доводы «неоргаников» требуют пристального внимания и изучения. К таким «сильным» аргументам «неоргаников» следует отнести следующие факты:

пространственную связь скоплений нефти и газа с разломами земной коры;

нахождение нефти и газа в магматических и метаморфических породах, кимберлитовых трубках и вулканических выделениях;

образование в ряде мест земного шара относительно огромных по запасам скоплений битумов тяжелой нефти, своеобразных полюсов нефтенакопления;

наблюдаемое избирательное, «очаговое» накопление углеводородов, когда месторождения тяготеют к определенным структурам земной коры, располагается в определенных осадочных бассейнах, а не повсеместно.

Слабым местом в органической концепции остается также механизм отжатия микронефти из материнских пород в коллекторы. Хотя исследования некоторых ученых и показывали, что в лабораторных установках удается получить фильтраты нефти через глинистые породы под давлением около 300 ат, все же протекание таких процессов в природе вызывало большие сомнения. Дело в том, что глинистые породы, которые чаще всего рассматривают как материнские, состоят из мельчайших частиц диаметром 0,01–0,001 мм и меньше. По расчетам И. И. Нестерова, 1 м³ глинистой породы состоит из 0,12×10¹⁹ таких частиц. Если их разложить в цепочку, то длина ее составит 6 млрд км, а это 40 расстояний от Земли до Солнца. Содержание микронефти в глинистых породах обычно равно 0,03 %, лишь иногда достигает 0,4–0,7 %. Значит, в 1 м³ глины содержится около 1 кг микронефти. Диаметр молекулы нефти колеблется от десятков до сотен ангстрем (1 Å = 10^-6 мм). Примем его равным 100 Å (10^-4 мм), тогда в 1 м³ глины будет находиться 10²¹ молекул микронефти [Нестеров, 1975].

Глинистые частицы заряжены отрицательными зарядами, которые обусловливают существование вокруг них молекулярного силового поля. Поэтому каждая глинистая частица, по расчету И. И. Нестерова, может притянуть к себе 500 тыс. молекул микронефти. А это означает, что в 1 м³ породы глинистые частицы могут удерживать около себя в 500 раз больше микронефти, чем имеется ее в породе. Сила притяжения огромна — 10 тыс. ат! Таких давлений на глубинах, где находятся известные нам залежи нефти и газа, быть не может.

Если геохимическая сторона органической концепции разработана достаточно глубоко, то механизм формирования залежей, причины наблюдаемой пространственной зональности в размещении месторождений требуют дальнейшего изучения. Попробуем ответить на эти вопросы.