Происхождение нефти

Океанообразование и генезис углеводородов

Ярко выраженной тенденцией современной геологии является осмысление геологической истории Земли, закономерностей формирования и размещения месторождений полезных ископаемых через эволюцию океанов и континентов. Заложение океанических впадин происходит путем разрушения (деструкции) континентальной коры, а по мере того, как океан развивается, он вновь трансформируется в континент. В природе, таким образом, существует тектонический круговорот континент — океан — континент, подобно хорошо изученным природным круговоротам воды и углерода. Цепочка геологических событий, приводящих к заложению, развитию, старению океана и его переходу в континент, рассмотрена несколько ранее. В обобщенном виде она представлена на рис. 15. Но какое это имеет отношение к происхождению нефти? Оказывается, самое прямое.

В приводимой цепочке геологических событий следует выделить две стадии: рифтогенную и субдукционную. Ведь именно эти два механизма, характеризующие океанический этап развития литосферы, как мы видели, во многом определяют течение процессов нефтегазообразования в земной коре. Появляется, таким образом, возможность увязать процесс образования углеводородов с более глобальным процессом развития литосферы через океанообразование. Подобная попытка предпринималась и ранее И. П. Жабревым, М. К. Калинко, А. А. Ковалевым. На рис. 15 образование нефти и газа прослежено по всем стадиям полного цикла развития литосферы. Качественные масштабы генерации углеводородов показаны штриховкой: чем интенсивнее идет процесс, тем гуще штриховка. Рассмотрим последовательно каждую стадию развития литосферы с точки зрения процессов нефтегазообразования.

Рис. 15. Диаграмма полного цикла развития литосферы

Штриховка во внутреннем круге отражает интенсивность нефтегазообразования

Стадия начальной деструкции континентальной коры протекает в наземных условиях. Она выражается в первичном сводообразном изгибании коры с возникновением расколов, по которым на поверхность изливается лава преимущественно базальтового состава. Недра характеризуются разогревом, возрастанием теплового потока. Это может стимулировать преобразование органического вещества, содержащегося в ранее накопленных осадках, в углеводороды нефтяного ряда. Однако на самой поверхности Земли на стадии начальной деструкции коры формирования осадков не происходит, поэтому процессы нефтегазообразования имеют локальное распространение. Более того, прорыв лавовых потоков из недр на поверхность способен вызвать разрушение ранее имевшихся залежей углеводородов.

Рифтогенная стадия знаменуется заложением и развитием рифтовых систем вначале внутриконтинентальных, а в дальнейшем морских межконтинентальных. На этой стадии в грабенообразных прогибах в условиях высокого разогрева недр накапливаются сравнительно мощные толщи осадков. Во внутриконтинентальных рифтах это озерные, речные, собственно наземные отложения. Содержащаяся в них органика большей частью углефицирована. Процесс нефтегазообразования протекает ограниченно и преимущественно в сторону формирования газообразных углеводородов.

В межконтинентальных морях увеличиваются площадь и скорость осадконакопления. Эти районы, как правило, характеризуются высокой биопродуктивностью. В них накапливаются мощные осадочные толщи, обогащенные органическим веществом до 5 % [Калинко, 1977]. Например, в Суэцком грабене мощность осадочного выполнения составляет 4–5 км, а объем разведанных осадочных образований — 50 тыс. км³. Жесткий температурный режим недр определяет активное течение процессов нефтегазообразования и как результат этого высокую нефтегазоносность недр межконтинентальных рифтовых морей. В Суэцком заливе, например, наиболее изученной части Красного моря, выявлено уже более 70 месторождений нефти, самые крупные из которых Эль-Морган (извлекаемые запасы 205 млн т), Рамадан (100 млн т), Белаим-море (75 млн т) тяготеют к центральной части рифта.

Собственно океаническая стадия предусматривает в своем начале активный спрединг. Вдоль оси рифтовой долины происходят разрастание океанического дна и перерождение межконтинентальных морей в океан. Толщи осадков, накопленные в межконтинентальных морях, разделяются на две части, каждая из которых прилегает к соответствующему берегу растущего океана. По мере «расползания» берегов океана удаляются друг от друга и осадочные толщи, залегающие b виде гигантских линз у самого подножия континентального склона. Мощность этих линз увеличивается за счет собственно океанического осадконакопления и приноса, тонкоотмученного обломочного материала речными системами с континентов. Поскольку подводные окраины континентов обладают высокой биопродуктивностью, толщи осадочных пород достигнут 10–15 км и более с содержанием органического углерода до 2–4 %, а в-некоторых областях до 16 % [Калинко, 1977]. Такие уникальные условия для аномально высокого накопления органики создаются в зонах апвеллингов, т. е. там, где имеется подъем к поверхности глубинных холодных вод с многочисленными организмами. Значительные концентрации органического вещества наблюдаются в осадках крупных речных дельт.

Органика, рассеянная в осадочных толщах подводных окраин континентов, сравнительно активно преобразуется в углеводороды нефтяного ряда под воздействием высокого теплового потока. На рис. 16 на примере-Бомбейского шельфа Индии хорошо видно совпадение в пространстве областей с максимальной прогретостью недр и наиболее «зрелым» органическим веществом. Это означает, что в районах развития высокого теплового потока органика «созревает» быстрее, она быстрее трансформируется в углеводороды, здесь раньше и активнее, чем в других районах, начинает образовываться нефть и формироваться в залежи. Примечательно, что на Бомбейском шельфе практически все выявленные месторождения нефти и газа находятся в наиболее прогретой части шельфа, ограниченной значениями, геотермического градиента 3,5 °C/100 м. А самое крупное нефтяное месторождение этого региона — Бомбей-Хай находится в пределах максимальных значений геотермических градиентов 5–7 °C/100 м. Здесь же и наиболее «зрелая» органика (до 4 усл. ед.).

Рис. 16. Схема нефтегазоноснооти Бомбейского шельфа [Панде и др., 1984]

1 — изолинии геотермических градиентов (°С/100 м); 2 — градиенты зрелости органического вещества в комплексах; 3 — месторождения нефти; 4 — месторождения газа

В центральных районах спрединговых бассейнов образования углеводородов практически не происходит, так как там мощность осадков очень мала, а местами, например в рифтовой долине океанов, они вовсе отсутствуют.

Интенсивность нефтегазообразования существенно возрастает по периферии океана, когда начинают развиваться процессы субдукции. Результатом их является формирование огромной «кучи» осадочных масс, скапливающихся перед зоной поддвига, которая выделяется как аккреционная призма (см. рис. 11). Осадочные породы обогащены органическим веществом. В современных осадках Японского желоба содержание его достигает 2 %, а в Перу-Чилийском желобе — 11 %. Здесь же наблюдается и повышенный тепловой поток. Причем распределение его в зонах субдукции очень дифференцированно. Если над глубоководным желобом тепловой поток сравнительно невысок, то над смежной островной дугой и еще дальше, в тыловой части, он возрастает в 3–6 раз. Высокий прогрев недр создает здесь благоприятные условия для преобразования органического вещества в углеводороды. Наиболее крупные месторождения, так же как и на континентальных окраинах, приурочены к областям максимального прогрева недр. Это видно на примере одной из крупных зон поддвига, обладающей к тому же региональной нефтегазоносностью. Речь идет об Индонезийской нефтегазоносной провинции, охватывающей острова Суматра, Ява, Калимантан и др., а также омывающие их моря (Зондский шельф). Вдоль Суматры и Явы протягивается Яванский глубоководный желоб, а сами острова являются не чем иным, как аккреционными призмами прошлого. Из рис. 17 следует, что в зоне глубоководного желоба геотермический градиент наименьший — 1,36 °C/100 м, однако в пределах островов уже достигает 3,43 °C/100 м. В тыловых морях несколько снижается, но все же остается на уровне 2,5 °C/100 м. Практически все выявленные в этом регионе нефтяные месторождения лежат в пределах значений геотермического градиента 2 °C/100 м, а наиболее крупные месторождения Минас (начальные извлекаемые запасы более 900 млн т) и Дури (275 млн т) располагаются в зоне максимального геотермического градиента (более 3 °C/100 м), т. е. в зоне наиболее высокого прогрева недр.

Рис. 17. Месторождения углеводородов Индонезийской нефтегазоносной провинции

1 — центральная часть Яванского глубоководного желоба; 2 — изолинии равных геотермических градиентов; 3— замеренные геотермические градиенты в °С/м (по данным журнала «Oil and Gas»); 4— место рождения углеводородов

В период полной субдукции, когда океанический бассейн «схлопывается», активизация процессов нефтегазообразования достигает, по-видимому, максимума. Процесс протекает по предложенной О. Г. Сорохтиным схеме.

После закрытия океана литосфера испытывает континентальный этап развития, первой стадией которого является орогенная. Внутренние силы Земли, определяющие рост горных сооружений, приводят к раскрытию пластов. Они сминаются в складки, выводятся на дневную поверхность, разбиваются многочисленными трещинами и разрывами. Все это влечет за собой разрушение имевшихся скоплений нефти и газа. Нефтегазообразование сменяется нефтегазоразрушением. Лишь в отдельных межгорных впадинах сохраняются благоприятные условия для образования залежей и их консервации. Это происходит в тех случаях, когда в основании межгорной впадины имеется жесткая плита — осколок более древней платформы. Она и препятствует активному смятию пластичных пород осадочного чехла, сохраняя тем самым имеющиеся в них залежи нефти и газа. В некоторых межгорных впадинах мощность чехла измеряется многими километрами (10–15 км). Сравнительно высокая прогретость их недр обеспечивает активное течение процессов нефтегазообразования. Этим объясняются значительные запасы углеводородов, содержащиеся порой в межгорных впадинах (например, Маракаибская, Паннонская).

Платформенная стадия континентального этапа предусматривает сравнительно замедленное прогибание коры с образованием обширных депрессий (синеклиз), мощности чехла достигают порой 10–12 км, но обычно не более 5 км. Однако в недрах платформ тепловой поток уменьшается, что снижает прогретость осадочного чехла. Процессы «созревания» органического вещества идут сравнительно медленно, «вяло». Осадки, как правило, не реализуют свои нефтегазоматеринские возможности. Для того чтобы активизировались процессы нефтегазообразования, необходимо осадочным породам погрузиться на глубины как минимум 2,5–3 км, где и располагается главная зона нефтегазообразования. Именно применительно к платформенным районам была разработана Н. Б. Вассоевичем идея о главной зоне нефтеобразования и главной фазе нефтеобразования, в других же случаях она требует внесения определенных коррективов.

Рассмотренная последовательность развития литосферы через океанообразование и взаимосвязанный с ней процесс возникновения углеводородов в значительной степени носит теоретический характер. Попробуем теперь на реальных примерах показать жизненность теоретических рассуждений. Для этого проследим развитие континентов Южного полушария нашей планеты, которые к началу мезозойской эры составляли единый суперматерик Гондвану.