Происхождение нефти и газа

Раздел 1. Нефть и природный газ. Происхождение, состав

И основные свойства

Лекция №1

ПРОИСХОЖДЕНИЕ НЕФТИ И ГАЗА

История сохранила много рассуждений по поводу происхождения нефти. Если мы будем иметь правильное представление о тех процессах, в результате которых возникла нефть, тогда будем знать каким образом в земной коре образуются ее залежи, где нужно искать нефть и как наиболее целесообразно организовать ее разведку.

1) Впервые научную и для того времени законченную схему происхождения нефти в 1763 году предложил М.В. Ломоносов. По его теории, нефть образовалась из органического материала растительного происхождения. Он считал, что имеется аналогия между происхождением нефти и других многочисленных горючих ископаемых, например угля. Полезные ископаемые получились разными из-за различных условий образования каждого из них. Кроме того, имеют значения повышенная температура, большие давления подземных глубин и миграция нефти в пористых породах. Многие идеи М.В. Ломоносова не потеряли своего значения до настоящего времени. Они стали основой гипотезы органического происхождения нефти.

Органических гипотез ещё было много. Основное их различие – это вопрос «Из какого органического материала произошла нефть?».

Одни ученые высказывают идею животного происхождения, другие – растительного, третьи – животно-растительного. Известный геолог XIX века Ганс Гефер, химик К. Энглер, осуществивший перегонку китового жира в 1888 г. и получивший в результате нафтеновые и ароматические углеводороды, а также твердый парафин, создали гипотезу, по которой нефть образуется из жиров погибших животных, а растения дают для нефти воск и смолу. Гибель больших масс водной фауны действительно может происходить в природе. Буровые скважины на Каспии вскрывали отдельные прослойки, сплошь состоящие из погибшей рыбы.

В 1919г. академик Н.Д. Зелинский исследовал донный ил озера Балхаш-Сапропель. Путем перегонки из него была получена искусственная нефть, которая содержала бензин, керосин и тяжелые масла, в составе которых были все известные тогда нефтяные углеводороды.

Органическое образование нефти объяснялось так: растения, перекрытые слоями насосов и опущенные на глубину, в результате подвижек делений коры подвергаются воздействию повышенной температуры. Для образования нефти в присутствии перегретого пара, достаточно температуры около 200^оС.

По гипотезе Ломоносова М.В. нефть рождается из наземных растений, захороненных в болотах, дельтах рек и прибрежных лагунах, в результате сухой перегонки. Он писал так: «нефть приготавливается из торфа и каменного угля действием подземного жара, и если он слабый, то она получается светлая, а если сильный – то густая и черная».

2) Гипотеза органического происхождения нефти была коренным образом переработана академиками И.М. Губкиным и В.И. Вернадским. По их версии нефть и другие горючие циклическими процессами круговорота углерода в природе. Основная идея этой гипотезы заключается в следующем: Атмосфера всегда содержит углекислый газ (около 0,03%), растения усваивают углекислый газ из воздуха и выделяют кислород. В нефти содержатся различные соединения азота, кислорода и серы, которые не являются случайными примесями. Они являются продуктами разложения азотистых веществ животных и растений. Это свидетельствует о том, что они находятся в генетической связи с нефтью. При разрушении нефти и окислении её углеводородов углерод снова возвращается в атмосферу в виде углекислого газа, и таким образом цикл замыкается. Сторонники этой схемы подсчитали, что в осадочных горных породах планеты содержится около 60-80 тыс. млрд.т. углеводородов. Это более чем в 100 раз превышает запасы нефти. У сторонников этой биогенной гипотезы не вызывает сомнений способность такой массы углеводородов образовывать скопления промышленной нефти.

3) Образование нефти из минеральных веществ доказывал французский химик М. Берто. В 1888г. он проделал ряд опытов. На чугун с 4%-м содержанием углерода воздействовали соляной и серной кислотой. Были получены водород и смесь углеводородов, имеющих запах нефти. Когда на железистый марганец действовали горячей водой при температуре 100-200^оС, также получалось нефтеподобная смесь.

Французские химики Поль Сабатье и Жан Сандэран использовали для опытов не металл, а смесь ацетилена с водородом, нагревали её в присутствии никеля. У них получилось вещество, богатое ароматическими углеводородами. Так родилась ещё одна – гипотеза неорганического происхождения нефти. В последствии её назвали гипотезой минерального или абиогенного происхождения.

Впервые научно обосновал теорию такого происхождения нефти Д.И. Менделеев. По его представлениям, источником углерода и водорода могут быть вода и углекислый газ. Проникая в глубь земли на 100-150км., где температура превышает 1800^оС, а давление составляет 5000 МПа, вода реагирует с карбидами металлов образовывая углероды (ненасыщенные) (С=С, С С кратные соединения высоких реакций способных бензол, ацетилен).

4) Космическая гипотеза. Русский геолог Николай Алексеевич Соколов учел находки битума в метеоритах и наличие углеводородов в хвостах некоторых комет, предложил в 1892 г. космическую гипотезу возникновения нефтяных углеводородов в коре нашей планеты. По его теории, углеводороды находились в составе газовой фазы допланетного облака. По мере его охлаждения углеводороды растворялись в жидкой магме и после образования твердой земной оболочки поднимались по трещинам в осадочные породы.

В соответствии с гипотезой Вильгельма Матеуса Шмидта (австрийский геофизик), газопылевое облако, из которого возникли планеты, включало в себя не только простые элементы, но и воду, метан, углекислоту и углеводороды Американские ученые, моделируя условия атмосферы, какими они предположительно были миллиарды лет назад, получили из метаново-водородной среды с помощью насыщения её электрическими зарядами, аналогичными грозе, сложнейшие углеводородные соединения и нуклеиновые кислоты. Наличие метана в атмосфере Венеры регистрируют приборы космических станций, и существуют мнение, что углеводороды входят в состав межпланетной материи.

За неорганическую гипотезу выступают те факты, что месторождения нефти и газа часто находятся в зонах глубинных разломов, то есть там где земная кора приоткрывается; что вулканическая сера встречается вместе с нефтью; что нефть встречается в кристаллах, которые никак не попадали в круговорот жизни.

Происхождение нефти продолжает оставаться дискуссионным вопросом. Генеология нефти будет исследоваться и возможно такими науками как физика, химия высоких температур, космология (при изучении планет, которым предстоит эволюция).

По теории органического происхождения нефти процесс нефтеобразования делится на три этапа:

1. Накопление органического вещества и его преобразование в диффузно рассеянную нефть.

2. Выжимание рассеянной нефти из нефтеносных горных пород в коллекторы.

3. Движение нефти по коллекторам и ее накопление в залежах.

§ Нефтяной (газовой) залежью называется естественное скопление нефти (газа) в недрах.

§ Совокупность залежей, расположенных на одном участке (районе) суши или моря, образует нефтяное или газовое месторождение.

§ Нефть (газ) совместно с водой содержатся в разветвленной системе пор, пустот, трещин, каверн между отдельными зернами или агрегатами зерен породы, которая называется коллектором нефтяной залежи.

§ Наличие пустот в коллекторе называется пористостью, которая характеризуется коэффициентом пористости.

,

где V_оп – общий объем всех пустот в горной породе;

V_гп – геометрический объем породы с пустотами.

С увеличением глубины залегания пород пористость обычно уменьшается.

Теорию органического происхождения нефти и газа подтверждают следующие факты:

1) 99,9% известных месторождений нефти и газа находятся в осадочных образованиях;

2) на крупных щитах в пределах выходов древних метаморфизованных толщ месторождений нефти и газа нет (Балтийский, Африканский щит). Нефть и газ найдены в толщах осадочных пород, примыкающим к щитам;

3) наличие в составе нефти углерода, водорода, азота, серы указывает на происхождение из животных и растительных остатков;

4) в современных и четвертичных морских осадках обнаружены жидкие и газообразные углеводороды нефтяного типа.

В какую же эру начали образовываться нефть, газ, уголь?

Палеозойская эра (эра древней жизни) характеризуется не только бурным развитием растительной и животной жизни, но и интенсивными горообразовательными процессами. В породах этого возраста найдены крупные месторождения угля, нефти, газа, сланцев.

Мезозойская эра (эра средней жизни) характеризуется условиями, благоприятными для образования нефти, газа и угля.

Кайнозойская эра (эра новой жизни) – эра наиболее благоприятных геологических условий для образования данных полезных ископаемых. К отложениям этого возраста приурочены самые крупные в мире месторождения нефти и газа.

Из гипотез неорганического происхождения нефти наибольшую известность в нашей стране получила карбидная теория Д.И. Менделеева. Анализируя условия размещения залежей нефти в Баку и Пенсильвании в США и опираясь на ряд экспериментов он пришел к выводу, что углеводороды образуются в результате реакции воды с углеродистыми соединениями (карбидами) тяжелых металлов:

2FeC + 3H₂O = Fe₂O₃ + C₂H₆.

Образовавшиеся углеводороды по глубинным разломам горных хребтов поднимались к верхним частям земной оболочки, где они образовывали скопления нефти.

В результате изучения всех гипотез по генезису нефти и газа большинство исследователей во всем мире пришло к выводу об органическом происхождении этих полезных ископаемых.