Главная Случайная страница


Полезное:

Как сделать разговор полезным и приятным Как сделать объемную звезду своими руками Как сделать то, что делать не хочется? Как сделать погремушку Как сделать неотразимый комплимент Как противостоять манипуляциям мужчин? Как сделать так чтобы женщины сами знакомились с вами Как сделать идею коммерческой Как сделать хорошую растяжку ног? Как сделать наш разум здоровым? Как сделать, чтобы люди обманывали меньше Вопрос 4. Как сделать так, чтобы вас уважали и ценили? Как сделать лучше себе и другим людям Как сделать свидание интересным?

Категории:

АрхитектураАстрономияБиологияГеографияГеологияИнформатикаИскусствоИсторияКулинарияКультураМаркетингМатематикаМедицинаМенеджментОхрана трудаПравоПроизводствоПсихологияРелигияСоциологияСпортТехникаФизикаФилософияХимияЭкологияЭкономикаЭлектроника






Неорганические концепции происхождения нефти





Происхождение нефти, как и происхождение жизни, является фундаментальной проблемой естествознания и останется таковой, видимо, и в XXI в. Как только нефть стала известна человечеству, так и появились попытки объяснить ее происхождение. Начиная с А. Гумбольта (начало XVIII в.) основным доводом в пользу неорга­нического происхождения нефти было обнаружение углеводородов в продуктах деятельности вулканов. До середины XIX в. использо­валась только нефть естественных выходов, распространение их пространственно тяготело к областям тектонически активным — Средиземноморье, Венесуэла, Калифорния. Поэтому нефтепроявле-ния и соответственно генезис нефти стихийно связывались с эндо­генными процессами, т.е. «неорганики» появились ранее сторонни­ков органического происхождения нефти.

Научные концепции неорганического происхождения нефти возникли во второй половине XIX в. К этому времени относятся успешные эксперименты по неорганическому синтезу сложных органических соединений, в том числе углеводородистых соеди­нений (М. Бертло, С. Клоец), позволившие высказать идею о ми­неральном синтезе нефти.

Д.И. Менделеев в 1877 г. выдвинул концепцию минерально­го образования нефти {карбидная гипотеза), которая получила широкое распространение прежде всего благодаря авторитету вы­дающегося химика, хотя сам автор подчеркивал гипотетичность этой концепции. Суть «карбидной гипотезы» Д.И. Менделеева сводится к тому, что нефть может образовываться в глубоких не­драх Земли в результате действия воды на углеродистые метал­лы-карбиды согласно реакции:

Д.И. Менделеевым была сделана попытка получить нефть со­гласно этой реакции экспериментальным путем. Он обрабатывал белый зеркальный чугун соляной кислотой и получал бурую па­хучую жидкость, напоминающую нефть. Д.И.Менделеев описал химизм процесса, который происходит при взаимодействии угле­родистого железа с водой. Основываясь на сходстве реакций это­го соединения с кислотой (НСl) при нормальной температуре,


 

а также с водой при накаливании, он подчеркивает, что в обою случаях выделяется водород; с железом соединяется либо галоген, либо кислород, а водород соединяется с углеродом, образуя угле­водороды. Причем в зависимости от соотношения реагирующих компонентов могут образовываться углеводороды разного состава;



Присутствие карбидов металлов в глубоких недрах Земли Д.И. Менделеев предполагал на основании обнаружения их в ме­теоритах.

В 1877 г., когда была высказана эта гипотеза, был известен всего один при­родный карбид металла — когенит — карбид железа, открытый в веществе метео­ритов и затем обнаруженный вместе с самородным железом в составе базальто-идов на Земле. Немногим позже, также в метеоритах, был открыт карбид крем-ния-муассанит (SiC), найденый впоследствии на Земле. За прошедшие вслед за этим более чем 100 лет число карбидов металлов возросло незначительно, и сей­час их известно всего 5. Карбиды, за исключением SiC, до сих пор не обнаруже­ны в составе ксенолитов, выносимых с больших глубин. Поэтому предположение о широком распространении карбидов в глубоких слоях в настоящее время нет оснований подтверждать или опровергать.

В 1889 г. профессором В.Д. Соколовым была выдвинута ги­потеза «о космическом происхождении нефти». Автор обратил внимание на присутствие углеводородов в метеоритах, хвостах комет и других космических телах. В.Д. Соколов полагал, что нефть представляет собой продукт синтеза элементов — углерода и водорода — на ранней стадии существования Земли и других планет, когда протовещество планет существовало в газовой фазе. В процессе охлаждения этого вещества УВ поглашались магмой, а впоследствии выделялись (и выделяются) в виде эманации, об­разуя залежи в благоприятных для скопления участках земной коры.

В 50—60-е годы гипотезы неорганического образования неф­ти разрабатывалась в двух научных центрах: в Ленинграде во ВНИГРИ (Н.А. Кудрявцев, Н.С. Бескровный) и на Украине во Львове (Г.Н. Доленко, Э.Б. Чекалюк, И.В. Гринберг и др.). Веду­щую роль в формировании месторождений нефти Н.А. Кудряв­цев придавал глубинным разломам. Что касается механизма обра­зования нефти, то он допускал различные пути ее генезиса: со­гласно карбидной гипотезе Д.И. Менделеева, путем синтеза оки­си углерода и водорода, а также синтезом простых углеводород­ных радикалов (СН, СНг, СНз), выделяющихся последовательно из магмы при ее охлаждении. Н.А. Кудрявцев отдавал предпочте­ние последнему пути, полагая, что в силу высокой реакционной способности радикалы легко вступают в реакции, образуя углево­дороды разного состава и строения.


Взгляды Н.А. Кудрявцева на образование нефти из углеводо­родных радикалов развивал И.В. Гринберг, который тоже считал УЪ радикалы основными исходными «кирпичиками» при образо­вании нефти. Эти радикалы (СН, СН2, СНз), согласно концеп­ции И.В. Гринберга, образуются при процессах деструкции кар­бонатов и воды при высоких температурах (более 700°С) в верх­ней мантии и(или) глубоких зонах земной коры в вакуумных ре­акционных ловушках, формирующихся в узлах пересечения глу­бинных разломов. В зависимости от соотношения метальных и метиленовых групп формируются нефти разного состава: при из­бытке метильных групп — алканы, при преобладании метилено­вых — цикланы, арены формируются при наличии кроме метила и метилена, свободного углерода.



Э.Б. Чекалюк полагал, что нефть образуется в условиях вы­соких температур (выше 1200°С) и давлений в астеносферном слое, где углеводороды находятся в термодинамически уравнове­шенном состоянии, т.е. он рассматривал углеводороды как высо­котемпературный продукт, возникающий в результате восстанов­ления воды и углекислоты в присутствии окислов железа.

Высокотемпературное образование нефти критиковали сами «не-органики». Так, Л.Н. Капченко (1963 г.), вскоре перешедший в «органики», много занимавшийся термодинамическим и термо­химическим синтезом УВ, пришел к выводу, что синтез УВ начи­нается при достижении надкритическим флюидом температур 500-600°С, но наиболее интенсивно, вероятно, протекает при бо­лее низких температурах — 200—400°С, что отвечает уже этапу

гидротермальной деятельности.

Сторонники абиогенного генезиса нефти объясняют ее обра­зование согласно реакции Фишера-Тропша (эта реакция впер­вые была предложена русским химиком Н.А. Орловым). Катали­тический синтез углеводородов из окислов углерода и водорода давно освоен химической промышленностью. Его осуществляют при температурах 150-300°С, в качестве катализаторов использу­ют кобальт, никель, платину и элементы VIII группы, нанесен­ные на носители (алюмосиликаты, диатомиты и др). Образование УВ происходит согласно реакциям:

 

 

Обший вид реакции Ф. Фишера, П. Тропша:



 

Согласно реакции Фишера-Тропша, при разных условиях могут быть образованы н-алканы, олефины, в незначительных количествах — изоалканы и ароматические УВ, но ни изопренои-ды, ни нафтены, широко распространенные во всех природных нефтях, таким путем синтезированы не были.

В природе встречаются указанные металлы и алюмосилика­ты, в природных газах присутствуют водород и окислы углерода, источником водорода может быть и вода, т.е. теоретически син­тез УВ в природных условиях по реакции Фишера-Тропша воз­можен. Правда, природные газовые смеси далеки от необходимых для образования УВ стехиометрических соотношений, кроме того, смеси могут содержать примеси, например сернистых и азо­тистых соединений, являющихся ядами для металлических ката­лизаторов синтеза УВ. Таким образом, образование УВ путем синтеза СО и Н2 протекает на чистых катализаторах (кобальт, никель, палладий и другие металлы VIII группы) в восстановлен­ном виде при повышенных температурах и давлениях, а главное, что для нее необходимо строго нормированное соотношение компонентов системы, что в природных условиях вряд ли имеет место.

В пользу доказательства эндогенного происхождения УВ при­родных газов часто используется повышенная концентрация в них гелия и водорода, хотя их присутствие еще не является пока­зателем глубинного источника. Для установления связей газов с конкретными источниками необходимы четкие генетические мет­ки в самих газах. В качестве критериев генезиса газов часто ис­пользуется их изотопный состав. В табл. 4.3 приведены изотоп­ные характеристики, присущие газам земной коры и мантии. Как видно, приведенные значения для большинства газов не одно­значны.

Единственным газом, изотопный состав которого в мантий­ном и коровом резервуарах резко различен, является гелий. Со­держание 3Не в современном мантийном гелии в 1000 раз боль­ше, чем в чисто радиогенном, коровом. В качестве индикатора мантийной компоненты в подземных флюидах используется от­ношение концентраций 3Не/4Не, обозначаемое буквой R. В ко­ровом радиогенном гелии R = 10-8, а в объектах, связанных с де­газацией мантии, R = 10-5.

Наличие ювенильной примеси гелия позволяет оценить и возможную долю углеродсодержаших газов, и прежде всего мета-


на, мантийного генезиса. Эта оценка была проведена двумя неза­висимыми способами Э.М. Прасоловым, И.Н. Тостихиным (1987) и Б.Г. Поляком с соавт. (1996) расчетным способом, основанным на балансе этих газов в «недиссипирующей» атмосфере, и эмпири­ческим — на основе многочисленных изотопных исследований фумарольных газов, срединно-океанических систем. Установлено, что в современной мантии соотношение СН4/3Не = 106.

Характер распределения этого отношения в газах вулканичес­ких областей показывает, что только в некоторых образцах при­родных газов Камчатки доля мантийных флюидов составляет первые проценты, в подавляющем же числе образцов, в том чис­ле и в газах формации зеленых туфов Японии, они составляют 0,1—0,001%. Сходная картина соотношения концентраций метана и изотопов гелия отмечена и для газов грязевых вулканов России (рис. 4.3). Даже в наиболее обогащенных мантийным флюидом образцах, т.е. газах вулканов Восточной Грузии и Сахалина, их доля не превышает сотых долей процента, в подавляющем боль­шинстве случаев она ниже 0,0001%. Б.Г. Поляк с соавт. приводят данные о характере распределения соотношения СН4/3Не в газах нефтяных и газовых месторождений разных регионов мира. Неза­висимо от возраста и состава коллектора в газах нефтяных и га­зовых месторождений это отношение на пять-шесть порядков выше, что указывает на преобладание в них метана немантийных источников, т.е. мантийная составляющая изменяется от 0,01 до 0,00001% (Поляк и др, 1996).

Неорганические концепции происхождения нефти существу­ют до настоящего времени. Интерес к ним понятен. С точки зре­ния биогенного исходного вещества нефти, ресурсы нефти и газа на Земле определяются ОВ осадочных пород и поэтому они ис­черпаются в не таком далеком будущем. Смириться с этим труд­но, и хотелось бы найти их источник более «надежный» и дли-

 

7 Баженова 193


 

тельного действия, каковым и представляется мантия. В пользу своей концепции «неорганики» приводят доводы, какие, по их мнению, биогенная теория не может объяснить. К числу таких фактов относятся: неравномерность распределения на Земле ре­сурсов нефти и газа; существование супергигантских скоплений УВ сырья; приуроченность многих месторождений к разрывным нарушениям; наличие залежей нефти и газа в изверженных поро­дах; присутствие углеводородных газов, главным образом метана, в вулканических эманациях, изверженных породах фундамента; повышенная металлоносность твердых нафтидов, обогашенность их ураном, редкими и редкоземельными элементами; возмож­ность экспериментального абиогенного синтеза углеводородов; обнаружение жидкой нефти и твердых нафтидов в гидротермаль­ных системах спрединговых зон океанов (таких нефтепроявлений известно более 100).


Кратко рассмотрев «неорганические» гипотезы происхожде­ния нефти, следует отметь их слабую аргументированность. С по­зиций неорганического генезиса нефти нельзя объяснить харак­тер распределения десятков тысяч месторождений нефти и газа, приуроченных к осадочным бассейнам, генетическую связь неф­ти с ОВ нефтегазоматеринских пород, доказанную на сотнях ты­сяч объектов разного возраста от докембрия до неогена.

Открытие бактериальной жизни в высокотемпературных гид­ротермах и биопродуктов жизнедеятельности бактерий в рудах глубоких зон океана значительно расширяет «сферу жизни». Бак-териосфера — основа жизни на Земле; за счет нее биосфера уве­личивается не только во времени, но и в пространстве, что, ес­тественно, расширяет и возможности биогенного нефтегазообра-

зования.

Неопровержимым доказательством биогенного генезиса неф­ти является ее молекулярный состав. Обнаружение в нефти и продуктах ее природного преобразования биохимических меток — хемофоссилий или биомаркеров, начиная с порфиринов, открытых А. Трейбсом (1934), позволило установить генети­ческую связь соединений нефти с определенными группами жи­вого вещества. Ограниченное количество изомеров УВ в нефти — следствие избирательного накопления их в живых организмах, оптическая активность нефтей, отражающая хиральную чистоту биологических систем, — эти свойства нефти являются бесспор­ным свидетельством ее генетической связи с биогенным вещест­вом. Исходное вещество нефти независимо от источника углеро­да — эндогенного, космического, биогенного — в своей предис-тории обязательно должно пройти через «жизнь»








Date: 2015-04-23; view: 599; Нарушение авторских прав

mydocx.ru - 2015-2018 year. (0.006 sec.) Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав - Пожаловаться на публикацию