Тайны образования нефти и горючих газов

Автор, известный ученый, знакомит с различными представлениями о происхождении нефти и углеводородных газов, причем особое внимание уделяется современной органической теории, ее аргументации и проверке практикой.

Калинко Михаил Кузьмич

Москва: Недра, 1981 - с.192, ил

Введение

Ни один из авторов детективного жанра никогда не сравнится с природой в умении создавать и хранить тайны. В любой снежинке, любой клетке организма заключено больше тайн, чем во всей детективной литературе мира, и раскрытие их требует гораздо больше сообразительности, настойчивости, изобретательности, чем раскрытие преступлений в "Восточном экспрессе" или выяснение роли "собаки Баскервилей". Между тайнами природы и загадками детективных историй существует принципиальная разница: после каждой раскрытой тайны в природе возникают по меньшей мере две, а то и больше тайн, в детективных же историях после открытия тайн неясностей не остается. Наконец, если детективная история в конечном итоге оказывается гораздо более простой, чем это кажется вначале, то любое явление природы в действительности значительно сложнее, чем представляется в начале его исследования.

И все же благодаря научно-технической революции раскрывается одна тайна природы за другой: мы уже представляем, что такое лунный грунт, о котором было столько споров, чем отличаются лунные "моря" от "континентов", насколько жарко и "тяжело" на поверхности Венеры, знаем и об отсутствии на Марсе наших "родственников", которым было посвящено столько чудесных романов. Наши герои-космонавты буквально обживают ближний космос, совершая менее чем за час кругосветное путешествие.

С большой неохотой расстается со своими тайнами наша голубая планета. Космонавты довольно детально изучили ее "анфас", рассматривая каждую складочку и не уставая удивляться красоте Земли в течение многих и долгих месяцев полетов. Гидрографы и альпинисты хорошо изучили Землю и в "профиль", спуская телекамеры в глубочайшие впадины на дне океанов или поднимаясь на высочайшие вершины. И все же наша "старушка" Земля хранит еще много, много тайн, открывая их лишь самым смелым, самым настойчивым, самым одержимым и, конечно же, самым "вооруженным", идущим в наступление с электронными микроскопами, мощными спектрометрами, лазерными и ядерными "пушками".

Одной из тайн нашей планеты являлась нефть, называемая многими писателями "кровью Земли". Нефть - это сгусток энергии; с помощью всего лишь 1 см^3 нефти можно нагреть на 1 °С целое ведро воды, а для того чтобы вскипятить "ведерный" самовар, нужно менее половины стакана (100 г) нефти. По концентрации энергии в единице объема нефть занимает первое место среди природных веществ. Даже радиоактивные руды не могут конкурировать с нефтью в этом отношении, так как содержащиеся в них радиоактивные вещества настолько рассеяны, что для извлечения 1 мг этих веществ нужно добыть тонны горных пород.

Но нефть это не только сгусток энергии, это - целый "универмаг" различных химических соединений. В одной капле нефти содержится более 900 различных и весьма сложных химических соединений, более половины химических элементов таблицы Менделеева! Это действительно чудо природы. Не менее важным ее свойством является способность концентрироваться в огромных количествах в пределах ограниченных площадей. Так, например, в нефтяном месторождении Гхавар (Саудовская Аравия) содержится более 30 млрд.т нефти. Для того чтобы реально представить этот объем, достаточно сказать, что железнодорожный эшелон, заполненный нефтью этого месторождения, имел бы в длину 8,7 млн. км или мог бы 217 раз опоясать Землю по экватору или 10 раз до Луны и обратно.

Вязкие тяжелые нефти или битумы образуют еще более крупные месторождения. По оценкам специалистов, в нефтяных месторождениях, расположенных в долине реки Ориноко и называемых нефтяным поясом Ориноко, содержится 470 млрд. т тяжелой нефти. Почти такой же нефтяной пояс площадью 150 000 км^2 протягивается на 1000 км в меридиональном направлении из Западной Канады на территорию США; в месторождениях этого пояса содержится 183 млрд. т битумов и 62 млрд. т тяжелых нефтей. Только в одном месторождении Атабаска (Западная Канада) заключено не менее 143 млрд. т битумов, часть которых можно извлечь (и уже начали извлекать) с помощью специальной технологии.

Нефть большинства месторождений обладает еще одним прекрасным свойством - способностью поступать на поверхность без затраты внешней энергии; для ее добычи человеку нет необходимости находиться под землей, как, например, при добыче ископаемых углей, горючих сланцев и радиоактивных руд. Количество нефти, поступающей на поверхность из одной скважины, может достигать 10-20 тыс. т в сутки. Так, в 1977 году в Саудовской Аравии было добыто 458 млн. т нефти с помощью всего лишь 782 скважин, т.е. каждая скважина в течение года дала в среднем 586 тыс. т нефти, или 1604 т в сутки. Многие скважины в странах Ближнего и Среднего Востока и Юго-Восточной Азии за свою "жизнь" дали миллионы, а иногда и десятки миллионов тонн нефти.

Нефть нередко называют "черным золотом". Но такое сравнение снижает ее истинную ценность. В самом деле: без золота можно прожить, в промышленности и приборостроении его можно заменить многими другими металлами, а без нефти в настоящее время не обходится ни одна страна. Ведь без нефти не может двигаться ни одна автомашина, не может работать ни один двигатель, будь то паровой или атомный (ведь нужна смазка!), не будет многих лекарств, изоляционных и пластических материалов, удобрений, стимуляторов роста.

Понадобилось несколько тысяч лет, чтобы человечество научилось относительно рационально использовать нефть, и можно не сомневатся, что по мере развития химии и других наук эффективность ее использования будет повышаться. В перспективе нефть будет представлять собой не только источник энергии и углеводородного сырья, но и сырье для добычи серы и различных редких элементов.

Еще одним полезным для человека свойством нефти является ее "компанейский" характер. Нефть никогда или почти никогда не встречается в недрах без углеводородных горючих газов. Правда, горючие газы довольно часто и в значительном количестве могут встречаться без нефти.

Природные углеводородные горючие газы, любовно названные "голубым чудом недр", действительно, являются чудом природы. Они исключительно широко распространены в недрах на глубинах от нескольких сантиметров до 8 км. Помимо нефтяных скважин они встречаются в угольных и соляных шахтах, в рудниках, где добывают железо, медь, различные цветные металлы, золото, алмазы и другие полезные ископаемые, на болотах и в подпочвенных питьевых водах, в газах и фумаролах вулканов и во многих других местах. С горючими углеводородными газами связано возникновение грязевых вулканов, при извержении которых мощные струи выделяющегося газа нередко загораются, образуя столб пламени высотой до нескольких километров. В "океанах" подземных вод, заключенных в горных породах как под континентами, так и под дном морей и океанов, содержится огромное количество горючих углеводородных газов: нередко в 1 м^3 воды содержится до 30 м^3 метана.

Но наряду со столь широким распространением углеводородные горючие газы, так же как и нефть, довольно часто концентрируются в пределах локальных участков, образуя месторождения, открытие которых требует больших затрат труда и умения.

Количество газа в месторождениях нередко может достигать 1-2 трлн. м^3, а в уникальных случаях 8 трлн. м^3 и даже больше. Газовые месторождения распространены очень широко: они встречаются и в пустынях Африки и Азии, и подо дном морей и океанов, например подо дном Персидского и Мексиканского заливов, и в толщах мерзлоты на севере Сибири, и на далеких островах Канадского Арктического архипелага и во многих других местах.

В составе природных горючих газов помимо обычно преобладающего метана всегда имеются и другие весьма полезные соединения и элементы: более тяжелые углеводороды (этан, пропан, бутан и другие), гелий, азот, сероводород, нередко даже углекислый газ. Кроме того, газ выносит на поверхность и другие углеводороды, которые на поверхности конденсируются в жидкость; иногда это почти готовый бензин и им можно заправлять автомашины. В таком конденсате установлено более 150 индивидуальных углеводородных соединений.

Человечество стало достаточно полно использовать природный газ только за последние несколько десятков лет. Это, возможно, связано с тем, что транспортировка газа и его использование в промышленности и быту требуют достаточно высокого технического уровня: необходимы высококачественные стальные трубы, компрессоры и различные сложные устройства. В течение почти целого столетия газ, добываемый вместе с нефтью, был лишней обузой: его приходилось сжигать в факелах, он причинял много хлопот при открытом фонтанировании нефти, вызывая пожары, которые продолжались иногда в течение нескольких лет.

Быстрыми темпами и в самых различных направлениях развивается газовая промышленность у нас в стране. Более 180 миллионов советских людей пользуются газом в быту. Велико его значение в промышленности, строительстве, энергетике, сельском хозяйстве. Почти всю выплавляемую в стране сталь, чугун, прокат получают с помощью газа. Примерно каждая третья тепловая электростанция страны вырабатывает энергию с помощью газа. Из сероводорода, содержащегося в природном газе, добывают миллионы тонн серы, являющейся ценнейшим химическим сырьем. Из содержащихся в природных горючих газах углеводородных компонентов изготовляют пластические массы, искусственные ткани, получают огромное количество полимерных соединений. Производимая из газа сажа служит наполнителем при производстве автомобильных покрышек и используется при изготовлении десятков тысяч предметов из резины и каучука, различных красок и т.д.

Цемент, используемый в строительстве зданий, мостов, дорог, получают в обжиговых печах, нагреваемых природным газом. Хлеб выпекают в печах, отапливаемых газом; поле, на котором растет зерно, обогащают азотными удобрениями, полученными из природного газа. Даже эти строки, которые вы читаете, самым непосредственным образом связаны с природным газом: с его помощью получена энергия, приводящая в движение печатную машину, типографская краска изготовлена из сажи, полученной путем сжигания природного газа.

А как очистились в связи с использованием газа воздушные бассейны над крупными городами! Если бы не газ, сколько копоти загрязняло бы воздух из сотен котельных ТЭЦ, фабрик и заводов, работавших на каменном угле или мазуте. Вот и выходит, что это голубое чудо природы - природный газ - нас кормит, одевает, обувает, согревает и освещает, дает крышу над головой и возможность дышать чистым воздухом.

Нефть и газ благодаря своим необыкновенным свойствам привлекали к себе внимание исследователей всех времен и народов. Над происхождением нефти задумывались и древнегреческий географ Страбон, и древнегреческий писатель и историк Плутарх, и средневековый ученый Агрикола. М. В. Ломоносов и Д. И. Менделеев занимались специальными исследованиями этой проблемы. Много внимания уделил происхождению нефти основоположник геохимии академик В. И. Вернадский. Но, пожалуй, никто не сделал так много для выяснения происхождения нефти, как академик И. М. Губкин.

Эта проблема возникла в начале нашей эры и, как отмечал Плутарх (46-127 годы), "вызывала горячие споры". В течение последних 100 лет происходили жаркие дискуссии о происхождении нефти и в Химическом обществе в Петербурге, и в Московском государственном университете, и в Баку, в здании Азнефти, и в уютном здании Горного колледжа в зеленом городе Талсе в штате Оклахома, и в расположенном в бывшем дворце Кочубея в Ленинграде Всесоюзном нефтяном научно-исследовательском геологоразведочном институте, и в Московском институте нефтехимической и газовой промышленности им. И. М. Губкина в Москве.

Столь большой интерес к проблеме происхождения нефти понятен. Помимо исконного стремления человека к познанию он диктуется и чисто прагматическими целями. При этом роль последних неуклонно возрастает. Прежде всего это связано с тем, что нефть и газ приходится искать все в более сложных и трудных условиях (подо дном морей и океанов, в далекой Арктике), в связи с чем необходимо существенное повышение надежности прогнозов перспектив нефтегазоносности, которое невозможно без твердых знаний условий образования нефти. Начинает беспокоить вопрос о том, на сколько хватит нефти и газа, содержащихся в недрах Земли.

Понять всю сложность проблемы происхождения нефти и углеводородных газов лучше всего можно в историческом аспекте ее решения. Анализ истории решений этой проблемы, вероятно, представляет интерес для широкого круга читателей по многим причинам. Во-первых, каждому грамотному человеку необходимо знать современные представления о происхождении Земли и жизни на ней, понимать, как произошли нефть и горючие газы - эти стимуляторы современного прогресса. Во-вторых, весьма важно проследить, как менялись во времени представления о происхождении нефти и углеводородных газов, как развивалась дискуссия и кто, и почему, в конце концов, оказался прав. Эта информация представляет не только исторический интерес: ведь и в настоящее время идут дискуссии по многим проблемам естествознания. Не исключено, что история решения сложной проблемы происхождения нефти может помочь и в решении других современных, не менее сложных и важных проблем естествознания.

В наш космический век, когда для исследования планет запускаются различные космические аппараты, необходимо с достаточной надежностью знать, в каких условиях будут работать эти аппараты, что их ждет - "океаны нефти", как предполагали некоторые авторы, или "океаны углекислоты", какие полезные ископаемые могут оказаться на этих планетах и как их можно будет использовать для человечества?

Необходимость достаточно популярного изложения основ теории происхождения нефти и углеводородных газов и истории решения этой проблемы диктуется еще и тем обстоятельством, что нередко в широкой печати эта проблема освещается односторонне, читателей недостаточно информируют о сложности проблемы и о всей огромной информации, накопленной для ее решения. В результате у многих складываются неправильные представления о путях решения проблемы, предлагаются самые невероятные "гипотезы", полностью противоречащие не только накопленной информации по нефтегазовой геологии, но и самим основам геологии. У некоторых не искушенных в области геологии читателей Появляется неправильное впечатление о легкости путей решения проблемы происхождения нефти и газа на основе тех знаний, которые можно почерпнуть в популярных брошюрах или, в лучшем случае, в энциклопедических словарях.

Весьма наглядным примером сказанного является Дискуссия о происхождении нефти, приведенная в журнале "Техника молодежи" (№ № 7 и 11, 1979 г.). Предположения, выдвинутые авторами, свидетельствуют о незнании ими основ нефтегазовой геологии и органической геохимии.

В настоящее время становится очевидным, что решение крупных и сложных проблем естествознания возможно лишь в результате работ больших коллективов исследователей с использованием всех многогранных методов анализа и обработки полученной информации. Блестящим примером этого является решение проблемы дрейфа материков, выдвинутое в первой трети XX века немецким теологом А. Вегенером и не получившее всеобщего признания.

Однако в шестидесятых годах настоящего столетия эта гипотеза возродилась, после того как была проделана большая работа: проведены геофизические и геологические исследования, обобщена и проинтерпретирована огромная информация, с помощью ЭВМ, и, наконец, большинство предположений подтвердилось результатами глубоководного бурения в океанах.

В решении проблемы происхождения нефти и углеводородных газов кроме ученых участвуют огромные коллективы рабочих, техников, инженеров, моряков, авиаторов и людей многих других специальностей. Ведь решению этой важнейшей проблемы содействуют и буровики Тюмени, и буровики сверхглубоких скважин, поднимающие горные породы с ранее недосягаемых глубин, и моряки экспедиционных судов, достающие с океанических глубин образцы пород и осадков, и пилоты самолетов, оборудованных геофизической аппаратурой, и, конечно, наши славные герои-космонавты, чьи наблюдения дают очень много для познания геологического строения нашей планеты в целом.

Всем этим труженикам, вероятно, не только интересно, но и абсолютно необходимо знать, как же образуются нефть и природные углеводородные газы, где еще можно открыть их месторождения, чтобы эти чудесные ископаемые продолжали как можно дольше согревать, одевать, кормить людей и делать их жизнь все более прекрасной. Такие знания позволят им разобраться в огромном количестве предположений о решении этой проблемы. Совсем без преувеличения можно сказать, что, пожалуй, не существует ни одного геологического процесса, с которым кто-либо из авторов не связывал бы образование нефти.

В предположениях не было и нет недостатка. Нужна была такая теория, которая не только бы объясняла образование более 35 000 месторождений нефти и газа, выявленных к настоящему времени в мире, но и обобщала огромную и многогранную геолого-геохимическую информацию, полученную при исследовании геологии морей и океанов, континентов, вулканов и др. Эта теория должна была также объяснять всю получаемую информацию о планетах, кометах, звездах и других космических телах, и - самое главное - она должна была вооружать практику поисков нефти и газа на открытия новых месторождений этих полезных ископаемых.

Автор настоящей книги поставил перед собой цель: описать истоки такой теории, показать, как она зарождалась, как постепенно отпадали все менее реальные предположения, как на основе достижений фундаментальных наук и расширения поисковых работ эта теория получала все большее обоснование и как она влияла на результаты поисков нефти и газа в нашей стране и во всем мире. Если автору удалось в какой-то степени ответить на эти вопросы, то цель, поставленная перед работой, достигнута. Автор будет благодарен за все замечания и пожелания, которые просит направлять по адресу: г. Москва, Третьяковский проезд, дом 1/19, издательство "Недра", редакция литературы по геологии нефти и газа.

Глава I. Все больше и больше нефти и газа!

Большое колличество нефти и газа

А начиналось все так. В холодное зимнее утро 3 февраля 1866 года в долине до этого малоизвестной речушки Кудако на Кубани из бурящейся неглубокой (70 м) скважины с шумом ударил фонтан нефти, дебит которого составил за первые сутки всего 36 м^3, а за 57 дней около 1000 м^3 (в среднем 17,8 м^3/сут). В испуге разбежавшиеся рабочие, конечно, не могли думать о том, что они являются участниками исторического события - рождения новой отрасли промышленности - нефтедобывающей, развитие которой будет иметь столь огромное значение для народного хозяйства страны. В Соединенных Штатах Америки официальной датой "рождения" нефтяной промышленном считается 28 августа 1859 года, когда полковником Дрейком была пробурена скважина глубиной всего 21,03 м, давшая с помощью насоса от 1,4 до 4,8 т/сут нефти.

Однако, как всегда, каждое начало имеет свое начало. Указанные выше даты и у нас в стране и в Соединенных Штатах Америки являются в определенной степени условными, так как первые скважины на нефть бурились несколько раньше, а нефть добывалась за много десятков, а то и сотен лет до этого. Так, в России первая нефтяная скважина была пробурена еще в 1848 году вблизи Баку, а в 1855 году - в районе Ухты. В США первая нефть была получена из скважин, бурившихся для добычи рассола: в 1829 году скважина около Баркевилля (Кентукки).

В Китае за 200 лет до н.э. с помощью бамбуковых труб и бронзовой "бабы" проходили скважины глубиной до 1067 м. В Сычуане в 221-263 годах н.э. из соляных скважин глубиной около 240 м добывали газ, который использовали для выпаривания соли.

Почти во всех странах, где нефть или битуминозные порода выходили на дневную поверхность, местные жители использовали их с незапамятных времен. Археологические данные свидетельствуют о том, что если не сама нефть, то продукты ее окисления на поверхности использовались на Ближнем Востоке и на Индостанском полуострове за 3000-3250 лет до н. э., в долине Евфрата у г. Хита (западнее Багдада) они были известны даже более чем за 4000 лет до н. э. Сведения о выходах нефти и твердых битумов и их добыче на Ближнем Востоке, в северо-восточной части Африки (на территории Египта и Эфиопии[1]), а также в Албании, на Балканском полуострове, в Италии, в том числе и в Сицилии, имеются в трудах древнегреческих историков, философов и медиков: Геродота (490-425 годы до н.э.), Аристотеля (384-322 годы до н.э.), Диодора (90-21 годы до н.э.), Страбона (64-24 годы до н. э.), а также в трудах римского архитектора Витрувия (вторая половина I века до н.э.), Плиния Старшего (23-79 годы н.э.), греческого врача Диоскорида (род. около 50 года н.э.), Тацита (58-117 годы н.э.) и др.

При археологических раскопках, производившихся в 1937-1939 годах на Керченском полуострове в местах расположения городов древнего Боспорского царства Мирмекия и Тиритаки, была обнаружена амфора, заполненная нефтью, которая здесь добывалась в конце IV века н. э.

Хотя авторы многих работ указывают на то, что источники нефти на Апшеронском полуострове были известны Плутарху, Аристотелю и Плинию, прямых данных об этом в трудах названных ученых нет. Плутарх отмечает, что Александр Македонский видел "нефтяную реку", но, судя по описанию маршрута, это могло быть и на территории современных Ирака или Ирана. Аристотель также пишет о наличии нефти на территории Персии, в которую в то время входил и Апшеронский полуостров, но эта нефть могла быть встречена и за пределами полуострова. Наконец, Плиний отмечает, что "хорошего качества смолу привозят из Понта", но не исключено, что эта "смола" добывалась в Западной или Восточной Грузии. Правда, в различных легендах арабских историков (например, Искандер-Наме) упоминается, что Александр Македонский достиг Азербайджана и даже разрушил город Баилов, однако эти легенды не подтверждены более достоверными источниками.

Еще до VII века н.э. апшеронская нефть составляла одно из основных богатств Азербайджана и часть ее вывозилась в разные страны, включая Ирак и даже Индию. В летописи "Албания VII века" Моисея Каганкатваци отмечается, что в бассейне Куры добывались нефть и соль. Очевидно, в VII веке вблизи Баку было много храмов огнепоклонников, так как в исторических документах отмечено, что в 624 году византийский император Ираклий (575-641 годы) разрушил эти храмы. В 885-886 годах багдадский калиф Эль-Мутамид "пожаловал доходы" от нефтяных источников жителям города Баку, но через 18 лет он же лишил их этой привилегии. В 915 году Баку посетил арабский историк и путешественник Аль-Масуди, который писал, что только здесь имеются источники "белой" нефти.

В XIII веке в районе Баку побывали венецианский купец Марко Поло (в 1271-1273 годах) и арабские путешественники Мухаммед Булдан Якут (1179-1229 годы, точная дата посещения неизвестна) и Мухаммед Наджи Бекран (в 1230 году). Они описали добычу нефти с помощью колодцев и отметили наличие "белой" нефти, а также храма огнепоклонников[2].

Афанасий Никитин, проезжавший через Баку в 1467 году, отметил, что "огонь горит неугасимый". Упоминания о добыче нефти в районе Баку имеются в записках многих путешественников, посещавших этот город, начиная с XVI столетия: немца Адама Олеария (Элыплегера) (1637 год), венецианца Джосафо Барбара (1543 год), английского миссионера Джона Картрайта (1600 год), английского фабриканта Джефри Дакетта (1574 год), секретаря шведского посольства в Персии Е. Кемпфера (1684 год), англичанина Джона Чардина (1735 год), сотрудника русского посольства в Персии, впоследствии члена Петербургской академии наук И. Лерхе (1733-1735 годы), одного из директоров Англо-Русской торговой компании И. Ганвея (1741 год), академика Г. Гмелина (1768-1769 годы) и др.

Страбон и Плутарх писали, что в 329 году до н.э. во время похода Александра Македонского (356-323 годы до н.э.) через Среднюю Азию на р. Амударья (Оке) быии обнаружены выходы нефти.

В 1692v году стало известно о выходах нефти на реке Ухте, в 1703 году - на реке Сок, в 1718 году - на реке Терек, в 1738 году - на реке Волге в районе Симбирска, в 1760 году - в Оренбургской области и в районе Эмбы. В 1769 году на реке Белой предпринимались попытки кустарной добычи нефти, которые вскоре были прекращены. Лишь в Средней Азии, в Туркмении, на Челекене и в Фергане в середине XIX века нефть собиралась с поверхности водоемов.

В XIV-XVIII веках существенно расширилась география нефти и других битумов. При этом иногда открытия производились дважды: о ранее обнаруженных выходах битумов забывали и "открывали" их вновь в связи с широким использованием для асфальтирования дорог. Так было, например, с выходами нефти на юге ФРГ, у озера Тегернзее, которые были обнаружены в 1450 году, и вновь "открыты" в 1828 году; выходы нефти вблизи Пешельброна были известны еще в 695-713 годах и вновь описаны Белоном и Агриколой в XVI веке. В XIV-XV веках окисленная нефть добывалась в Северной и Центральной Италии. Наиболее полное описание всех известных к середине XVI века нефтепроявлений и способов добычи нефти и других битумов было сделано не Агриколой, как принято в литературе, а французским исследователем П. Белоном (1517-1564 годы), который с 1542 года до конца жизни посетил все известные места добычи нефти и других битумов в Европе и на Ближнем Востоке. Кстати, он сообщил, что в Северной Италии уже тогда бурились скважины глубиной до 219 м (до соленой воды), а в Германии до 366 м.

В 1608 году были открыты выходы нефти вблизи Деревни Габиен на юго-востоке Франции, в 1500 году - у Ганновера (ФРГ), в 1626 году установлены битумы на территории Швейцарии, в 1749 году - в Швеции и т.д.

В Юго-Восточной Азии выходы нефти были известны еще до прихода европейцев. Так, португальцы и немцы, высадившиеся в 1596 году на островах Ява, Суматра и Борнео, услышали от местных жителей о нефтепроявлениях. Так же обстояло дело и в Новом Свете: индейцы Северной Америки и Мексики издавна с помощью одеял собирали нефть на выходах. После высадки испанцев об этих выходах стало известно в Европе: в 1526 году о нефтепроявлениях на о. Куба, в 1544-1551 годах - на территориях Перу и Боливии (в том числе и в районе озера Титикака), в 1855 году - Эквадора и Тринидада ("смоляное" озеро) и т.д. Таким образом, к XIX столетию стало известно о распространении нефти и других битумов в разных частях света (рис. 1).

Рис. 1. Нефтепроявления и районы добычи нефти, определившиеся к 1906 году: 1 - нефтепроявления и районы кустарной добычи нефти в 1860 г.; 2 - районы месторождений нефти, открытых к 1906 г.

В процессе расширения добычи нефти произошло еще одно событие, важность которого была оценена лишь более чем через 150 лет: в конце XVIII века в районе Баку впервые в мире стали добывать нефть из-под дна моря.

К 1860 году добыча нефти, в основном с помощью колодцев, производилась во многих районах, где были известны нефтепроявления (см. рис. 1). С 1860 года начался переход от колодезной добычи к добыче с помощью буровых скважин и собственно, и началось развитие нефтедобывающей промышленности.

В этот же период была установлена приуроченность нефтяных залежей к антиклинальным складкам (см. главу IV).

Круг нефтедобывающих стран значительно расширился, и к 1906 году добыча нефти производилась на всех континентах и на крупных островах, таких как Ява, Суматра, Новая Зеландия и других, особенно же широко - в пределах США (рис. 2).

Рис. 2. Районы добычи нефти и газа: 1 - в 1906-1932 гг.; 2 - в 1933-1949 гг.; 3 - в 1950-1963 гг.; 4 - в 1964-1979 гг.

Новый этап в расширении географии нефти начался после 1906 года. В России в это время стали добывать нефть на Новогрозненском месторождении (1913 год), в Урало-Эмбенском районе (1911 год), на Северном Сахалине (Охинское месторождение, 1921 год). Интересно, что все новые месторождения в течение данного этапа были открыты в районах, характеризующихся нефтепроявлениями на поверхности. Продолжались открытия в новых областях Европы, Азии, Северной и Южной Америки и Австралии. Из числа важнейших следует отметить месторождения, обнаруженные в Венесуэле (в районе лагуны Маракайбо и бассейне р. Ориноко) и на берегах Суэцкого залива (АРЕ).

Третий этап в открытии новых месторождений нефти начался с 1932 года и продолжался до 1950 года, исключая время Второй мировой войны. В течение этого этапа был сделан ряд открытий, предопределивших развитие нефтяной промышленности в последующие этапы. К их числу следует в первую очередь отнести открытия месторождений нефти в Волго-Уральской, Тимано-Печорской провинциях, первых мелких месторождений газа в Западной Сибири и нефти в Восточной Сибири, нефтяных месторождений в Саудовской Аравии, Кувейте и других странах (см. рис. 2). Весьма важным событием описываемого этапа явилось установление широкой нефтеносности двух крупных акваторий - Каспийского моря и Мексиканского залива. И все же новые месторождения в течение данного этапа были выявлены в основном в регионах, характеризующихся либо нефтепроявлениями на поверхности, либо уже открытыми нефтяными месторождениями.

Принципиально иной характер имели открытия новых месторождений на следующем этапе (1951-1964 годы), в течение которого на основании новых теоретических представлений поисковые работы проводили во многих регионах, характеризующихся отсутствием признаков нефти на дневной поверхности или известных ранее месторождений.

В СССР были открыты месторождения газа и нефти в Днепровско-Донецком регионе, Ставрополье, на севере Краснодарского края, в Средней Азии, мелкие газовые и нефтяные месторождения в Западной Сибири; в зарубежных странах - в Сахаро-Ливийском регионе, на побережье Гвинейского залива, на берегах и в акватории залива Кука на Аляске, на западе Индии (Камбейский регион), во многих регионах Китая (Сунляо, Цайдамском, Таримском, Турфанском и др.) и др.

В последний этап, начавшийся в 1964 году и продолжающийся в настоящее время, были открыты новые нефтегазоносные территории и акватории и установлены истинные масштабы нефтегазоносности областей, открытых в течение предыдущих этапов в СССР: в Белоруссии, в Восточной Сибири и Прибалтике, стали выясняться истинные масштабы нефтегазоносности Западной Сибири, Днепровско-Донецкого региона, Восточного Предкавказья, Средней Азии и Казахстана. Были открыты месторождения газа в Черном и Азовском морях, нефти - в Охотском море и т. д.

За рубежом были открыты месторождения газа и нефти в Северном и Средиземном морях, в прибрежных частях океанов - Атлантического (у берегов Африки и Южной, Центральной и Северной Америки), Индийского (в Персидском и Суэцком заливах, у берегов Индии и Австралии), Тихого (в Яванском, Южно-Китайском и других морях и проливах) и Северного Ледовитого (вблизи берегов и островов Канады). Были обнаружены гигантские месторождения нефти на севере Аляски, на юго-востоке Мексики, гигантские месторождения газа в Иране, Персидском заливе и других регионах мира (см. рис. 2).

Расширение поисков нефти и газа, охватившее не только все континенты и острова, но и океаны, моря, крупные озера, было обусловлено ростом потребности в этих ископаемых. Не будет преувеличением утверждение о существовании прямой и обратной связи между научно-технической революцией и использованием нефти и газа: чем полнее реализуются все потенциальные возможности этих ископаемых, тем интенсивнее развитие НТР, а, с другой стороны, развитие НТР позволяет существенно увеличить количество добываемых нефти и газа.

Интересно рассмотреть, как менялось использование нефти и газа в истории развития человечества. 4-6 тысяч лет назад на Среднем Востоке битум использовался для приготовления раствора при кладке стен и в качестве клея для закрепления кремней и аппликаций, а в бассейне Инда - для покрытия дна искусственных водоемов. Битум применялся в это время и как средство для предохранения деревянных частей зданий (балок, Дверных и оконных переплетов и т.д.) от гниения.

Геродот и Аристотель сообщали об использовании газа для варки пищи, а, судя по археологическим находкам, нефть для освещения использовалась еще в древнем Вавилоне. Нефтяные лампы применялись во времена Римской империи в Сицилии, Египте и других Районах.

За 2000-3500 лет до н. э. битум использовался в качестве цемента в различных скульптурных произведениях - украшениях колонн, статуях и др. С древнейших времен он применялся для предохранения деревянны; судов от воды, для защиты фруктовых деревьев и вино градников от вредителей и т.д.

С доисторических времен и до настоящего времени нефть использовалась в медицинских целях. В 1539 году для нужд медицины из Венесуэлы в Испанию было отправлено несколько тысяч бочек нефти. О применении нефти в медицине писали древнегреческие, древнеримские, средневековые арабские и европейские ученые Некоторые типы нефтей (например нафталанскую) используют в медицине и в настоящее время. Битум при меняли в древнем Египте для мумификации трупов, а в средние века - для получения тепла и света. Уже в тс, время применялись методы перегонки нефти для очистки ее от опасных легких фракций и тяжелых остатков, дающих много копоти. Методы очистки и перегонки неф ти были описаны в трудах Геродота, Аристотеля, Пли ния Старшего и др.

Битумы, в том числе и нефть, применялись в военные целях еще во времена Пелопонесских войн (в 431-404 годах до н. э.). Плиний Старший описал применение нефтепродуктов при атаке Лукуллой города Самосата (Тиграпоцерта), а Филостратус Старший (170-245 годы) - использование нефти индусами для поджог;) стен. С 650 года известно о применении "греческого огня" (смесь нефти, серы и селитры), секрет которого в Европе узнали лишь в 1250 году.

Одной из причин неудач похода князя Игоря на половцев в 1184 году явилось присутствие в войске хана Кончака специалиста, "умеющего стрелять огнем и зажигать грады". В 1253 году Кублай Хан создал специальный корпус (1000 человек) поджигателей нефтью. В арабском руководстве по военному искусству (1300 год) описывались катапульты для горящей нефти

Любопытно, что необычные свойства битумов использовались в черной магии и в древние (например, в Вавилоне за 4-1 тысячу лет до н. э.) и в средние (IX век) века.

С нефтью и другими битумами связано много легенд возникавших в разное время. Так, Плутарх пишет, что обнаружение выхода нефти на берегу Амударьи (древнее название Оке) во время подготовки места для царской палатки Александр Македонский расценил как одно из "величайших предзнаменований", полученных им от божества. Прорицатели же утверждали, что "оно предвещает поход славный, но тяжкий и суровый", и это предзнаменование положило конец колебаниям Александра и определило его решение о походе в Индию.

В начале VI века существовала легенда о том, что нефть, пропитывающая породы в районе озера Тегернзее (ФРГ), является кровью гиганта Тирзуса, который не пускал чужеземцев в долину Рейна. Статуя Тирзуса и в наше время имеется в церкви деревни Вильтен.

Значительно позже, в XIX веке, нефти приписывали вредное влияние. Так, по сообщению Н. И. Воскобойникова и С. Г. Гурьева, в 1832 году Черноморская войсковая канцелярия запрещала в течение лета открывать нефтяные колодцы и копальни и добывать из них нефть, считая, что "испарения оных во время росы иссушают хлебные растения и производят неурожай в окрестных местах".

Первым импульсом к возникновению индустриальных методов добычи битумов в XVIII-XIX веках было установление возможности использования их в качестве мастики ("сейшельская мастика") для покрытия сначала мостов, потом площадей и улиц в городах Париже, Лионе, Петербурге и др. Постепенно расширялась область использования нефти (сначала в целом, а затем ее средних фракций) в качестве источника света: уже в 1815 году ею освещали улицы Праги. Однако резкое увеличение потребления нефти связано с изобретением керосиновой лампы. Оно, в свою очередь, вызвало необходимость разработки методов перегонки нефти - выделения из нее керосиновой фракции. Интересно, что у нас в стране методы перегонки нефти разрабатывались самостоятельно, начиная еще с XVIII века, Ф. С. Прядуновым на Ухте (1745 год), Ю. Надыровым у г. Сергиевска (1754 год) и братьями Василием, Герасимом и Макаром Дубиниными в Моздоке (1823 год). На Западе этот метод был "заимствован" из технологии переработки битуминозных углей.

При получении керосина бензин и мазут рассматривались в качестве отходов. С изобретением форсунки мазут стали использовать в качестве топлива, а бензин сравнительно долго представлял собой вредный и опасный отход производства, от которого необходимо было избавляться. В Грозном, например, специально копали поглотительные колодцы, в которые сливали бензин.

Использование других нефтепродуктов для разных целей тоже внедрялось очень медленно. Так, еще в 1880 году, когда были разработаны методы получения из нефти смазочных масел, считалось, что для смазки трущихся деревянных деталей наиболее эффективным является деготь, а для смазки трущихся металлических деталей сало. Смазочные масла со временем вытеснили растительные и животные жиры, парафиновые свечи оказались более дешевыми, чем восковые, начали применять анилиновые красители и т. д.

Вторым импульсом к резкому увеличению потребления нефти явилось широкое использование двигателей внутреннего сгорания для наземного (в первую очередь автомобильного), водного и воздушного транспорта в течение первых десятилетий XX века.

Вторая мировая война, как известно, была "войной моторов". В ней участвовало 40 миллионов автомобилей и тягачей, 150 тысяч танков, 200 тысяч самолетов.

Третьим импульсом к значительному возрастанию потребления нефти, а затем и газа явилась их очевидная более высокая эффективность по сравнению со всеми существующими источниками энергии. До сих пор жидкое горючее не имеет себе равных как источник энергии для наземного и воздушного видов транспорта. А разве можно заменить природный газ в качестве источника энергии и тепла для крупных городов? В самом деле, сколько бы нужно было иметь котельных, чтобы согреть и снабдить теплой водой такое количество домов, как в Москве, и какое огромное стояло бы над городом облако дыма, особенно под новый 1979 год, когда столбики термометров опускались до - 38,4 °С. если бы все котельные топились каменным углем или даже нефтью? В действительности небо над Москвой было голубым и, в том числе, благодаря тому, что почти все ТЭЦ города отапливались газом.

Природный горючий газ обладает другими особенностями, облегчающими его использование в огромных количествах: его легко транспортировать и можно хранить в больших объемах вблизи пунктов потребления. Так, природный газ транспортируется из Сибири и Средней Азии в центральные районы европейской части СССР, а из Оренбургского месторождения - даже в разные страны Европы, В сжиженном виде газ с помощью специальных судов - метановозов перевозится через моря и океаны.

Вблизи крупных промышленных центров создают подземные хранилища газа, откуда он отбирается во время "пиковых" нагрузок и которые вновь заполняются газом во время снижения его потребления. Таким образом удается как бы исправлять "ошибки" природы и создавать искусственные газовые месторождения там, где это необходимо человеку.

Если в холодное время года и в холодных странах газ и нефтепродукты служат прекрасным источником тепла, создающим нормальные условия для жизни людей, то в тропических странах в теплое время года энергия этих полезных ископаемых используется для производства "холода" не только в стационарных, но и в передвижных установках - автобусах, грузовых и легковых автомашинах. Это во многом облегчает жизнь людей при высоких температурах, позволяет сохранять продукты питания и т. д.

В послевоенное время потребность в нефти и углеводородных газах существенно увеличилась в связи с тем, что они стали сырьем для целой отрасли промышленности - нефтехимической, без которой в настоящее время немыслим технический прогресс. Синтетические каучуки, спирты, строительные материалы, моющие средства, гербициды, инсектициды и многие другие вещества и материалы, применяющиеся во всех отраслях народного хозяйства и в быту, производятся из нефти и природного газа (рис. 3-5).

Производство различных синтетических продуктов позволяет не только получать вещества, не имеющие аналогов в природе (пластмассы и Др.), но и экономить огромные количества пищевых продуктов - зерна и картофеля при производстве синтетического спирта, растительных и животных жиров при производстве синтетических моющих средств и т. д.

Вот почему темпы роста добычи нефти и газа исключительно велики (рис. 6). В 1980 году в мире было добыто 3,06 млрд. т нефти и свыше 1,5 трлн. м3 газа.

Интересна динамика добычи нефти в России. В течение первой половины XIX века, вплоть до 1862 года, в стране ежегодно добывалось от 3200 до 6000 т нефти.

Рис. 3. Нефтепродукты

Рис. 4. Основная продукция нефтехимической промышленности

Рис. 5. Использование природных углеводородных газов в народном хозяйстве

Начиная с 1862 года, в течение 20 лет нефтяная промышленность России испытывала ускоряющийся подъем. Наибольшее количество нефти (11,5 млн. т) было добыто в России в 1901 году, затем оно начало снижаться.

В истории развития советской нефтегазодобывающей промышленности по абсолютной величине добычи нефти и газа и географическому размещению основных добывающих баз четко выделяются следующие главные эта пы: 1917-1928 годы - восстановление кавказских промыслов; 1929-1940 годы - рост добычи нефти в основном за счет открытий на Кавказе; 1941-1945 годы - сокращение добычи нефти в кавказских районах и ее развитие в Волго-Уральской провинции; 1946-1950 годы - послевоенное восстановление промыслов на Кавказе и рост добычи нефти в Волго-Уральской провинции; 1951-1970 годы - интенсивное наращивание добычи нефти за счет открытий в Волго-Уральской провинции, а с 1971 года - этап интенсивного наращивания добычи нефти за счет открытий в Западной Сибири.

Рис. 6. Динамика добычи нефти и газа. Добыча: а - нефти в России - СССР, США и в мире; б - газа в СССР

Всего же из недр нашей страны извлечено 8,7 млрд. т нефти и 3,85 трлн. м^3 газа. Количество добытого газа больше, так как извлекавшийся вместе с нефтью попутный газ долгое время не использовался и не учитывался.

До революции в России добывали только попутный газ, добыча которого в 1913 году составляла 17 млн. м^3. В 1940 году в Советском Союзе было добыто 3,2 млрд. м^3 газа. В 1942 году началась эксплуатация Седьиольского газового месторождения (Коми АССР), а в 1947 году на базе Елшанского месторождения был построен магистральный газопровод Саратов - Москва. Особенно быстро стала развиваться добыча газа в пятидесятые годы, когда были открыты газовые месторождения Шебелинское, Северо-Ставропольское, Газлинское и др. В 1979 году в СССР было добыто 407 млрд. м^3 газа.

Глава II. Тайна состава нефти и природных горючих газов

Тайна состава

Слово "тайна" неоднократно встречается в этой книге, так как многое из того, что касается нефти и природных горючих газов, действительно, окружено тайной. В первую очередь это относится к составу нефти и природных горючих газов, который за 150 лет еще не окончательно изучен. Однако многое из того, что известно, тоже стало понятным не сразу, и потребовались усилия многих поколений исследователей, чтобы приблизиться к познанию состава нефтей и природных углеводородных газов.

История раскрытия этой тайны тесно связана с историей развития химии вообще, а затем и органической химии и тоже полна догадок и заблуждений на пути к истине. Так, до начала XVIII века считалось, что нефть содержит горючее начало, которое связывали с наличием серы.

Например, французский химик П. Ж. Макер (1718-1784 годы) считал, что нефть является лишь "одним родом" масел, которые "состоят из флогистона, соединенного с водой посредством кислоты и, кроме того, некоторого количества земли, различного в различных маслах". Однако уже в начале XIX века начали определять элементный состав нефти и природных газов сперва, конечно, не совсем точно, а затем удовлетворительно. Отнюдь не случайно Д. Дальтон апробировал Установленный им закон на примере состава метана и этилена и в 1808 году установил, что болотный газ имеет формулу СН2, а "маслородный" - СН. Пожалуй, именно с этого времени стало очевидным, что и нефть и сопровождавший ее природный газ состоят преимущественно из углеводородов.

Однако, хотя авторы и указывали на непостоянство и сложность состава нефти, они даже отдаленно не могли представить действительную степень этой сложности; это касается и состава природных горючих газов.

Но рассмотрим все по порядку. Родоначальник современной химии А. Л. Лавуазье (1743-1794 годы), который, по выражению Ф. Энгельса, "впервые поставил на ноги всю химию",[3] уже в то время понял, что органические вещества состоят из углерода и водорода и имеют гораздо более сложное строение, чем неорганические соединения, а Я. Берцелиус (1779-1848 годы) считал, что реакции между органическими соединениями не подчиняются установленным химическим законам, так как эти соединения обладают "жизненной силой".

Господству этого представления пришел конец благодаря опытам Ф. Вёлера, который в 1828 году синтезировал мочевину. Это, собственно, и положило начало органической химии.

В 1817 году французский химик X. Соссюр установил, что итальянская нефть содержит углеводороды (см. ниже), а английские химики в 1833 году пришли к выводу о том, что атомарное отношение углерода и водорода в нефтях подчиняется формуле СnН2n+2.

Большое значение для понимания состава нефти имело установленное в 1843 году Ф. Жераром для органических соединений гомологических рядов.

Для познания состава нефти много дали исследования Д, И. Менделеева, который в своем курсе "Органическая химия" указывал на наличие многих рядов углеводородов.

Если в первой половине прошлого столетия состав нефти изучался в основном в познавательных целях и в учебных курсах углеводороды рассматривались просто как группа соединений (например "углеродистые во-дороды" в упомянутом курсе Д. И. Менделеева), то с 50-60-х годов XIX столетия углеводороды нефтей (в России кавказских, в США пенсильванских) начала изучать как промышленное сырье.

В 1934 году В. Трайбс открыл в нефти металлоорганические азотистые соединения - порфирины, являющиеся производными хлорофилла и гемоглобина. Но наиболее значительная часть современной информации о составе нефти была получена в последние десятилетия.

Остановимся сначала на общей характеристике нефти и природных углеводородных газов. Начнем с нефти. По физическим свойствам ее можно назвать парадоксом земной коры: в мощной толще горных пород, пропитанных водой и содержащих ее в самых различных состояниях, вдруг появляется вещество, по всем своим свойствам противоположное воде, "не любящее" ее - гидрофобное, плотность которого всегда меньше плотности воды и в отличие от нее не повышается с глубиной, а, как правило, понижается. Если вода стремится занять в породах в первую очередь самые мелкие поры и трещины, то нефть, наоборот, - самые крупные.

Нефть представляет собой жидкость, чаще всего коричневую, с зеленоватым или другими оттенками, иногда почти черную и очень редко бесцветную. Нефть всегда легче воды, ее плотность изменяется в широких пределах от 0,76 до 0,99 г/см^3, чаще всего составляя 0,80-0,87 г/см^3. Очень редко, но в значительных количествах встречается нефть с такой же, как у воды, плотностью - 1,0 г/см^3 и даже более тяжелая, чем вода - 1,03-1,04 г/см^3 (месторождение Окснард в Калифорнии). В соответствии с плотностью, как правило, меняется и вязкость нефти от 1,41 до 660 мПа⋅с: легкие нефти обычно маловязкие, средние по плотности нефти - вязкие и очень вязкие и, наконец, существуют полутвердые нефти (например, в песчаниках Ярегского месторождения на Ухте). Плотность и вязкость нефти зависят от многих факторов, в первую очередь от температуры и количества растворенных в нефти газов. Поверхностное натяжение у нефти (17-28 дин/см^2) почти в 3 раза меньше, чем у воды (75 дин/см^2), вследствие чего вода всегда вытесняет нефть из мелких пор в крупные.

Температура кипения нефти колеблется в широких пределах - от 70 до 250 °С. Одной из примечательных особенностей нефти является ее способность растворять огромное количество углеводородных газов - до 400 м^3 в 1 м^3 нефти (в зависимости от состава нефти и газа, величин давления и температуры) и самой растворяться в них (обратная, ретроградная растворимость) - до 400 г нефти в 1 м^3 газа. При этом чем больше в нефти растворено газа, тем меньше ее плотность и вязкость.

Использование нефти в качестве энергетического сырья связано с ее максимальной для минеральных топлив теплотворной способностью 42 тыс. кДж/кг. Для сравнения отметим, что теплотворная способность (в кДж/кг) составляет: торфа - 10 500-14 700, каменного угля - 21 000-30 240, антрацита - 27 300-31 500.

Нефть обладает рядом интересных оптических свойств: она может люминесцировать - светиться под ультрафиолетовыми лучами, вращать плоскость поляризации светового луча и т.д. Молекулярный вес нефти обычно колеблется в пределах 240-290, иногда превышая эту величину. Изменение всех физических свойств нефтей связано с изменением их химического состава.

Из каких же элементов состоит нефть? Главным ее компонентом является углерод, составляющий от 83 до 87% нефти. Второе место занимает водород, содержание которого обычно колеблется в пределах 12-14%. Третье место в составе нефти принадлежит группе так называемых гетероэлементов: кислорода, азота и серы, суммарное содержание которых может достигать 5-8%, но обычно бывает меньше.

В нефти в весьма небольших количествах встречаются фосфор, ванадий, никель, железо, алюминий, кальций, магний, барий, стронций, марганец, хром, кобальт, молибден, бор и другие элементы (всего 44). Серу и различные элементы, содержащиеся в нефти, можно извлекать, в связи с чем нефть следует рассматривать не только в качестве энергетического сырья, но и как сырье для получения этих элементов.

В нефти и горючих газах углерод и водород содержатся в виде удивительнейших и огромнейших групп соединений - углеводородов, отличающихся исключительным разнообразием, изменчивостью состава и строения и широким распространением, особенно в растительных и животных организмах.

По соотношению углерода и водорода углеводороды дифференцируются на три большие группы: 1) парафиновые, или насыщенные, в химии чаще всего выделяемые под названием алканов; 2) нафтеновые, или полиметиленовые, и 3) ароматические (арены). Парафиновые углеводороды имеют общую формулу CnH2n+2. Первые члены этой группы - газы: метан - СН_4, этан - С_2Н_6, пропан - С_3Н_8 и бутан - С_4Н_10. Углеводороды с числом углеводородных атомов от 5 до 15 - жидкие, а с более высоким числом - твердые. Мало того, алканы одного и того же состава могут иметь молекулы нормального строения и изостроения, разветвленные. Благодаря этому, начиная с бутана, наряду с углеводородами нормального строения имеются углеводороды изостроения, причем число изомеров растет одновременно с числом углеродных атомов: у пентана два изомера, у гексана четыре, у октана 17, углеводорода O_2H_26 имеет более 300 изомеров, углеводород C_13H_28 - 800 изомеров и т. д.

Изобутан (СН3)2СН⋅СН3; точка кипения - 10,2°С

н - бутан СН3(СН2)2СН3; точка кипения - 0,5°С

Изопентан CH (СН3)2СH2СН3; точка кипения 28°С

н - центам СН3(СН2)3СН3: точка кипения 36°С

Третичный пентан, неопентан, тетраметилметан или 2,2-димстилпропа:' С(СН3)4 Точка кипения 9,45°С

Нафтеновые углеводороду, содержащиеся в нефти, имеют циклическое строение. Поэтому их иногда называют цикланами или насыщенными циклическими СnН2n. Циклы состоят из пяти (циклопентан) или шести (циклогексан) атомов углерода. При этом таких циклов бывает несколько, в связи с чем к названию добавляется приставка моно-, би-, три- или тетра-.

Циклическое строение

Кроме того, циклы имеют еще и боковые цепи. В этой группе, начиная с углеводорода С_4Н_8, встречаются изомеры, число которых также увеличивается с возрастанием числа углеродных атомов: у C_6H_12 - 13 изомеров, у C_7H_14 - 27 изомеров и т. д.

Боковые цепи

Ароматические углеводороды, имеющие общую формулу СnН2n-6, обычно содержатся в нефти в меньших количествах, чем углеводороды двух описанных выше групп. Они также имеют преимущественно циклическое строение, но между отдельными атомами углерода в них в отличие от нафтенов наряду с одинарными связями имеются и двойные.

Бензол

Тетралин

Тетрагидрофенантрен

Кроме того, в отдельных группах водород замещается метильной группой СН_3. Ароматические углеводороды нефти могут содержать один, два и более циклов и соответственно называются моно-, би-, три- и тетра-циклическими.

Наконец, еще в нефти содержатся нафтеново-ароматические углеводороды.

Нафтеново-ароматические углеводороды

Всего в нефти к настоящему времени определено 425 индивидуальных углеводородов, в действительность же их значительно больше.

Гетероэлементы (сера, азот и кислород) обычно содержатся в нефти в виде сложных соединений, ядрами которых являются углеводороды, и значительно реже - в чистом виде. Общее число определенных гетеросоединений превышает 380, из них сернистых 250. Кроме того, в строении сложных органических соединений участвуют фосфор, уран, ванадий, никель, кобальт, иод, бор и другие элементы. Существенную часть в нефти составляют смолы и асфальтены, химическая природа которых достаточно точно не определена. При этом чем тяжелее нефть, тем выше ее плотность и тем больше она содержит смол асфальтенов.

В нефти содержатся еще и металлоорганические комплексы, представляющие собой по строению сложные полициклические углеводороды, в молекуле которых отдельные атомы водорода или метальные группы замещены атомами металлов. Среди них особое значение, как отмечалось, имеют порфирины, являющиеся производными хлорофилла и гемоглобина.

Всего в нефти индентифицировано более 900 индивидуальных химических соединений, причем ни в одном из ее образцов не определены полностью все имеющиеся в нем индивидуальные соединения.

К настоящему времени удалось изучить распределение в нефти изотопов некоторых элементов - углерода, серы и водорода (табл. 1). Как известно, изотопами называются атомы, имеющие одинаковые количества протонов, но разное количество нейтронов (N) и, как следствие этого, обладающие разным массовым числом (А) или атомной массой.

< border="0"> Таблица 1. Некоторые сведения об изотопах водорода, углерода и серы Z Элемент N A Относительная распространенность ат. % 1 Водород Н 0 1 99,9844 1 Дейтерий Д 1 2 0,0156 1 Тритий Т 2 3 - 6 Углерод С 6 12 98,892 6 Углерод С 7 13 1,108 6 Углерод С 8 14 - 16 Сера S 16 32 95,1 16 Сера S 17 33 0,74 16 Сера S 18 34 4,2 16 Сера S 20 36 0,016

Изотопы делятся на стабильные и радиоактивные. Последние самопроизвольно распадаются. Так, изотоп углерода 14С является радиоактивным и период его полураспада составляет 5568 лет. Благодаря этим свойствам оказалось возможным определять по содержанию 14С возраст многих археологических объектов и геологических образований не древнее 30 000 лет. Содержание стабильных изотопов углерода, серы и водорода в нефти разных регионов мира и в разных породах изучено не одинаково.

Теперь о газах. Горючие углеводородные газы, бесцветные, почти в 2 раза легче воздуха. Они, как правило, не имеют запаха, однако при наличии примеси сероводорода, приобретают неприятный запах и становятся очень токсичными. Теплотворная способность газов составляет 27 300-37 800 кДж/м^3, а попутных газов из нефтяных месторождений достигает 42 000-71 400 кДж/м^3.

Основным компонентом природных горючих газов является метан, количество которого может достигать 99,5%, но обычно колеблется в пределах 85-95%. В газах довольно часто содержатся и гомологи метана - этан, пропан и бутан, а также их изомеры - изопропан и изобутан. Как правило, газы в нефтяных залежах обогащены гомологами метана, содержание которых обычно составляет 10-15%, но иногда достигаем и 50-60% (месторождения Ромашкино, Мухановс и др.).

Эти примеси в газе представляют самостоятельный интерес как сырье для производства многих материалов (полиэтилена и др.), тем самым позволяя экономить нефть.

Среди неуглеводородных компонентов в составе природных газов наиболее часто встречается азот, содержание которого может достигать 90-95%, вплоть для перехода газа в чисто азотный. В весьма широких пределах колеблется в природных газах содержание двуокиси углерода - от долей процента до 95% (как, например, в месторождениях Калифорнии, Мексики и др.)

Довольно часто в состав природных горючих газов 1зных количествах входит сероводород: например, в газax Оренбургского месторождения его содержание достигает 15%, а в газах Астраханского - 23%. Встречаются газы, содержащие более 50% сероводорода. Сероводород в природном газе одновременно и "добро" и зло". При очистке такого газа получают большие количества серы, столь необходимой промышленности и сельскому хозяйству (например, на Оренбургском газоконденсатном месторождении). В ближайшем будущем предусмотрено и освоение Астраханского газоконденсатного месторождения. В то же время сероводород токсичен и агрессивен по отношению к металлам, вследствие чего все оборудование, начиная от труб в скважинах, должно быть изготовлено из специальных сталей.

В природных горючих газах обычно содержатся гелий и в значительно меньших количествах аргон, неон, ксенон и другие инертные газы.

В последние десятилетия обнаружены газоконденсаты, которые находятся в газовых залежах в газообразном состоянии (от 1 до 1000 г в 1 м^3), а на поверхности при снижении температуры и давления переходят в жидкость. Газоконденсаты представляют собой бесцветные или светло-коричневые жидкости, плотностью от 0,66 до 0,84 г/см^3 (чаще 0,72-0,80 г/см^3), характеризующиеся низкими температурами кипения (30- 70 °С) и почти полностью выкипающие при температуре до 300-350 °С.

Газоконденсаты состоят преимущественно из углеводородов, среди которых чаще преобладают метановые, но иногда и нафтеновые и ароматические разности. В конденсатах нередко содержится сера, реже - смола. Углеводороды содержатся в составе органического вещества горных пород, подземных водах, а также в современных осадках и водах земной поверхности, и многих веществ растительного и животного происхождения. Углеводородные газы находятся не только в сообщающихся пустотных пространствах горных пород (в случае образования залежей), но и в закрытых порах, также в сорбированном минеральной частью виде, часто вблизи мест своего "рождения" и растворены в подземных водах.

Глава III. Планета земля и ее история за четыре миллиарда лет

История планеты

Как известно, Земля является планетой солнечной системы, орбита которой расположена на расстоянии 147,0-149,5 млн. км от Солнца. Земля - самая крупная планета в земной группе, но значительно меньше гигантских планет (рис. 7).

Рис. 7. Относительные размеры планет Солнечной системы

Благодаря научно-техническому прогрессу, в частности созданию искусственных спутников Земли и различных новых приборов, удалось получить новую информацию, позволяющую уточнить наши представления о Земле и ее глубинном строении. Земля состоит из концентрических оболочек - ядра, нижней и верхней мантии и земной коры (рис. 8), отличающихся составом, физическими свойствами и состоянием слагающих и веществ, во многом обусловливаемом различными температурами и давлениями. Не останавливаясь на составе ядра и нижней мантии, поскольку о них пока нет однозначных данных, отметим, что верхняя мантия по физическому состоянию подразделяется на две оболочки. Нижняя оболочка, сложенная веществом, находящемся в пластичном состоянии, близком к жидкому, выделяемая в так называемую астеносферу, находится под океанами на глубинах от 50 до 250 км и под континентами на глубинах от 100 до 400 км. В астеносфере находятся источники магмы, изливающиеся при извержении вулканов. Верхняя мантия состоит преимущественно из горных пород так называемого основного и ультраосновного состава, содержащих минимальное количество кремнезема.

Рис. 8. Строение Земли а - концентрические оболочки Земли; б - земная кора, континентальная и океаническая, и литосфера

Земная кора изучена лучше остальных оболочек. Ее толщина под дном океанов достигает 5-7 км, на континентах - 50-70 км. Земная кора сложена горными породами, которые в зависимости от их происхождения делятся на три большие и разнообразные группы. К первой группе относятся магматические горные породы, образовавшиеся в результате остывания магмы (рис. 9): под землей - интрузивные, на поверхности земли или под водой - излившиеся; и, наконец, туфогенные, когда магма остывала в воздухе и при извержениях в виде пепла и вулканических бомб падала на землю или в воду, где и откладывалась. К группе магматических горных пород принадлежат граниты, базальты, габбро, диориты, туфы, туффиты и т. д.

Рис. 9. Условия образования магматических пород. Черным показаны магматические породы; остальными условными знаками различные осадочные породы

Вторую группу составляют осадочные горные породы, накапливающиеся на поверхности земли или на дне водоемов за счет выветривания и размыва самых различных пород, а также в результате химических процессов, протекающих в водных бассейнах (садка соли, карбонатов и сульфатов кальция, магния и др.), и жизнедеятельности организмов (коралловых построек, раковинок и т. д.). Представителями этой группы являются пески, песчаники, глины, сланцы, известняки, доломиты, ангидриты, соли, конгломераты, галечники, ископаемые угли и др.

Третья группа представлена метаморфическими горными породами, образовавшимися в результате действия высоких температур и давлений как на магматические, так и на осадочные породы. Первые обычно называются метаизверженными, а вторые - метаосадочными.

Метаморфическими породами являются гнейсы, кристаллические сланцы, мраморы и др.

Соотношение трех названных групп пород показано на рис. 10, из которого видно, что все они достаточно тесно связаны друг с другом.

Рис. 10. Соотношение магматических, осадочных и метаморфических горных пород

Земная кора состоит преимущественно из трех слоев: верхнего - осадочного, среднего - гранитного и нижнего - базальтового (см. рис. 8). Названия этих слоев более или менее условны, так как осадочный слой в районах широкого развития вулканизма сложен изверженными и туфогенными породами, в среднем слое чаще встречаются гнейсы и другие метаморфические породы, чем граниты, нижний слой состоит как из базальтов, так и из других пород, испытавших наиболее глубокую степень матаморфизма. Состав коры под океанами и континентами не одинаков и поэтому выделяют два типа коры - континентальный и океанический. Некоторые исследователи выделяют еще промежуточный тип коры - субокеанический. В океанической коре, как правило, гранитный слой отсутствует и осадочные породы или даже неконсолидированные осадки залегают непосредственно на базальтовом слое.

Рис. 11. Раздвигание и поддвигание континентальных плит

Отдельные участки земной коры вместе со смежной частью верхней мантии в физическом отношении представляют собой единое целое - литосферу, плиты которой передвигаются в горизонтальных направлениях по вязкой астеносфере (рис. 11). При этом в зонах раздвигания плит вещество мантии поступает на поверхность (обычно на дно океана), образуя срединно-океанические хребты, а в зонах сжатия плит происходит поддвигание одной плиты под другую с вовлечением в движение вновь накопившихся осадков. Когда погружающиеся породы достигнут значительных глубин, они начинают плавиться и в виде лавы изливаются наверх, образуя вулканы. Литосферные плиты с течением времени испытывают также вертикальные движения. При их погружении обширные пространства заливаются морями и океанами или, как говорят, происходит трансгрессия моря, а при восходящих движениях море отступает, или регрессирует. Любые движения плит или отдельных их частей приводят к деформации слагающих их пород: так, в частности, осадки, которые отлагались на дне морей и океанов в виде почти горизонтальных слоев, сминаются в складки, а иногда и разрываются нарушениями (рис. 12).

Рис. 12. Деформации осадочных пород. Деформации: а - в мелком масштабе при поддвигании литосферных плит (черным - магматические породы); б - в крупном масштабе

Остановимся теперь на геологической истории Земли. Интересно, что чем более детально изучаются Земля и Луна, тем более очевидным становится их древний возраст: в конце XIX века его оценивали в 20-80 млн. лет, в начале XX столетия - в 100-200 млн. лет, теперь же считают, что он составляет не менее 5 млрд. лет. Возраст Луны считали равным 1,4 млрд. лет, теперь же на ее поверхности встречены почти такие же древние (4,6-4,8 млрд. лет) породы, как и на Земле.

Ранее считалось, что жизнь на Земле зародилась 570-600 млн. лет назад, но теперь установлено, что это событие произошло гораздо раньше. В развитии Земли выделяют несколько этапов: догеологический, раннегеологический, катархейский, архейский, протерозойский и фанерозойский (рис. 13). В догеологический (5,5 млрд. лет назад) этап из газопылевого облака, разогревшегося до температуры 1600-1700 °С, образовалась планета, состоявшая из преимущественно железного ядра и силикатной мантии. В последующий, раннегеологический, этап, продолжавшийся, вероятно, в течение 1-1,5 млрд. лет, происходили интенсивные извержения многочисленных вулканов и трещинные излияния магмы, при застывании которой образовались огромные горы и целые хребты. В результате над мантией стала формироваться базальтовая оболочка, представляющая собой прообраз коры океанического типа. Газовая оболочка, состоящая преимущественно из углекислоты и паров воды, закрывала поверхность планеты, создавая так называемый "парниковый эффект", аналогичный существующему в настоящее время на Венере, и температура на поверхности Земли могла достигать нескольких сотен градусов.

Рис. 13. Этапы в истории Земли и развитие органического мира, начиная с архейской эры. Цифрами показано время (возраст в миллионах лет), прошедшее с начала эры или периода; ширина полосы примерно соответствует продолжительности временного подразделения, за исключением катархейской и архейской эр и четвертичного периода

Примерно такими же были условия и в последующий, катархейский, период развития Земли, продолжавшийся, вероятно, 0,5 млрд. лет (4,0-3,5 млрд. лет назад), когда постепенно увеличивалась мощность земной коры и, вероятно, происходила ее дифференциация на более мощные и стабильные и менее мощные и подвижные участки.

Кардинально изменились условия развития Земли в архейский этап, продолжавшийся в течение 3 млрд. лет: как только температура на поверхности Земли стала меньше 100 °С, вся вода, находившаяся в атмосфере в парообразном состоянии, выпала на поверхность, заполнив крупные депрессии в рельефе и образовав моря и океаны. С этого момента Земля стала принципиально отличаться от всех планет Солнечной системы и вообще от всех известных в настоящее время небесных тел.

Появление водной оболочки - гидросферы - существенным образом изменило условия развития планеты: на ее поверхности появился агент - вода, который во много раз ускорил процессы нивелирования рельефа. Отныне реки и ручьи с невиданными доселе скоростями начали размывать повышенные участки и сносить продукты размыва в моря, океаны и озера. На Земле появились новые породы - водноосадочные, которых нет ни на одной планете. В архейский этап существовали континенты и острова, разделенные морями и океанами, происходили частые и интенсивные подвижки литосферных плит, интенсивно и широко развивались магматические процессы. В результате этого как осадочные, так и магматические архейские породы повсе местно к концу этапа подверглись воздействию высоких температур и давлений и преобразовались в мета морфические: гнейсы, кристаллические сланцы, граниты, мраморы и др.

Весьма важным в истории развития Земли событием, которое произошло в начале архейской эры (3,5 млрд. лет назад) и оказало исключительное влияние на всю дальнейшую геологическую историю Земли было появление в водных бассейнах простейших организмов. Мы не будем останавливаться здесь ни на причинах их возникновения, ни на том, как они произошли: этому посвящена специальная литература. Первые микроорганизмы, очевидно, были анаэробными (существовали в условиях отсутствия свободного кислорода), гетеротрофными, и их жизнедеятельность в основном происходила за счет расщепления соединений согласно реакции (СН_2O)n→С_2Н_5OН + СO_2. Затем в организмах в виде пигмента появился хлорофилл, благодаря которому еще в анаэробной среде начали существовать фотоавтотрофные бактерии. Их деятельность была связана с анаэробным фотосинтезом CO_2 + H_2S→(CH_2O)n+S. Затем, вероятно около 3300 млн. лет назад, появились бактерии, которые использовали углекислоту и воду, выделяя в качестве продуктов жизнедеятельности свободный кислород: СO_2 + Н_2O→(СН_2O)n + Н_2O + O_2.

В течение длительного времени в водных бассейнах существовали только одноклеточные простейшие организмы, которые то бурно развивались, распространяясь на огромных просторах океанов и морей (ведь еще не было экологических систем, регулирующих численность организмов), то в огромных количествах погибали под влиянием изменений температуры и солености вод и других факторов, так как не имели еще механизмов, регулирующих их температуру, и защитных приспособлений. Потребовался почти миллиард лет, в течение которых благодаря естественному отбору в организмах выработались различные защитные приспособления, произошла их дифференциация.

При последующем метаморфизме пород архейского возраста остатки и отпечатки живых организмов были почти полностью уничтожены. Однако следы разрушения органического вещества, накапливавшегося в архейских породах, все же удается обнаруживать по включениям графита, широко распространенного в архейских гнейсах, сланцах и особенно мраморах (см. ниже).

В послеархейское время благодаря значительному Увеличению мощности земная кора стала менее проницаемой для магмы, сформировались крупные жесткие Участки - щиты, сложенные в основании сильно дислоцированными архейскими породами. Отложившиеся на этих щитах осадки впоследствии не испытывали интенсивного воздействия высоких температур и давлений, не подвергались метаморфизму. В водных бассейнах резко изменились условия осадкообразования: почти всегда в осадках вместе с минеральной частью стали захороняться и органические остатки либо в виде обрывков тканей, микроскопических телец (спор, пыльцы растений и др.), либо в виде мельчайших частиц (рассеянное органическое вещество), пленок и растворов. В отдельные эпохи организмы столь бурно развивались, что захороняемые на дне водоемов осадки оказывались почти целиком сложенными их остатками (коралловые постройки, раковинки пелеципод, радиолярий и др.), продуктами их жизнедеятельности (комочки железа, меди, конкреции марганца и др.) или, наконец, оставшимся от них органическим веществом (торф, горючие сланцы и др.).

Нельзя не отметить исключительную насыщенность организмами отдельных частей земной поверхности. Так, в настоящее время в 1 г почвы содержится до 20 млрд. бактерий, простейших организмов и актиномицетов.

В протерозойский этап, продолжавшийся в течение 1-1,5 млрд. лет, вулканическая деятельность была менее интенсивной, в океанах и морях накапливались различные осадки. В некоторых протерозойских водных бассейнах интенсивно развивались различные организмы (например, железоосаждающие бактерии, водоросли и др.), благодаря которым осадки обогащались железом или карбонатами. Вот почему в протерозойских отложениях довольно часто встречаются железистые минералы (руды и железистые) кварциты Курской магнитной аномалии, Канады и др.), мощные толщи известняков, нередко водорослевых, и доломитов, а иногда и прослои шунгитов - прообраз будущих углей. Во многих областях мира протерозойские отложения были погружены на большие глубины, сильно деформированы и пронизаны раскаленной магмой, вследствие чего они сильно изменились и превратились в гнейсы, кварциты и другие метаморфические породы. На щитах, например, в Центральной России, Сибири, Австралии, осадки, накопившиеся в течение позднепротерозойского времени, не подверглись такому сильному изменению и содержат мощные толщи известняков, доломитов, прослои горючих сланцев, шунгитов и т. д. Сравнительно богаты органическим веществом верхнепротерозойские осадки в Московской области, Восточной Сибири, Австралии и других местах.

Фанерозойский этап, продолжающийся в течение последних 570 млн. лет, характеризовался дальнейшим развитием жизни на Земле, сопровождающимся расцветом и массовым вымиранием отдельных групп животных и растений, появлением и развитием наземных форм (см. рис. 13). На "взлеты" и "падения" в развитии отдельных групп организмов влияло изменение глобальных физико-географических условий, определяемых отчасти распространением морей и океанов. В одни геологические периоды и эпохи (например в кембрийский, позднедевонскую, позднеюрскую и другие эпохи) значительная часть планеты была покрыта мелководными морями, в теплой воде которых бурно развивались водоросли и различные животные (трилобиты, брахиоподы, граптолиты и др.), в другие (например в каменноугольный, раннеюрскую, раннемеловую и другие эпохи) в условиях влажного и теплого климата почти все континенты были покрыты пышной растительностью, сначала преимущественно папоротниковых, а затем и других видов, остатки которых, захороняясь, образовали впоследствии мощные пласты ископаемых углей (Донецкий, Кузнецкий, Рурский и другие угольные бассейны). Наконец, в истории Земли существовали эпохи (раннедевонская, раннепермская и др.) весьма жаркого климата, в течение которых из воды многих заливов и морей выпадали соли и накапливались на дне таких бассейнов в виде мощных толщ (районы Солегорека, Соликамска, Артемовска в Донбассе и др.).

Отложившиеся на дне водоемов осадки, содержащие остатки самых различных животных и растений, образуют как бы своеобразную книгу, "чтение" каждой страницы которой позволяет познавать историю Земли. Как ботаник по годовым кольцам на срезе дерева определяет не только его возраст, но и климатические и другие особенности каждого года его развития, так и геолог, изучая пласты пород и заключенные в них кости, раковины, обломки растительности, а также микроскопические остатки (раковинки, споры, пыльцу) и химический состав, может определить не только возраст пород, но и глубину и соленость моря, в котором отлагались осадки, климат и состав близлежащей суши и т. п. Мало того, поскольку в момент своего образования пласты осадочных пород залегают почти горизонтально, то по последующему изменению залегания можно определять масштабы и направления всех движений того или иного участка земной коры.

В течение фанерозоя очертания океанов и морей неоднократно менялись благодаря движению литосферных плит (рис. 14). В местах раздвигания плит расширялись океаны (как расширяется в настоящее время Атлантический океан благодаря тому, что Евразийский и Американский континенты удаляются друг от друга со скоростью до 9 см в год), литосферные плиты сталкивались друг с другом, породы сминались в складки, которые наползали друг на друга, образуя высочайшие горные хребты, такие как Гималайский, Альпийский, Андийский, Кавказский, Уральский и др.

Рис. 14. Положение континентов в разные периоды фанерозоя: 1 - пермский (225 млн. лет назад); 2 - триасовый (200 млн. лет назад); 3 - юрский (135 млн. лет назад); 4 - меловой (65 млн. лет назад); 5 - современное положение Континенты: а - Евразийский; б - Африканский; в - Северо-Американский; г - Южно-Американский; д - Австралийский; е - Антарктический; ж - Индийский субконтинент

Важным следствием всех движений плит и различных участков коры является деформация горных пород. Отложившиеся горизонтально на дне водных бассейнов слои оказываются в различной мере смятыми в складки, местами разорванными и нередко прорванными пластичными породами - солями, глинами, двигающимися снизу (рис. 15). В результате всех этих процессов в разных частях территорий и акваторий на глубине с различными углами наклона залегают разнообразные породы. Например, на Кольском полуострове, прямо под современными наносами вскрыты метаморфические и изверженные породы - гнейсы, кристаллические сланцы, граниты и др., которые образовались более 2,8 млрд. лет назад, в свое время претерпели очень сильное нагревание (до нескольких сотен градусов) и сжатие, вследствие чего оказались интенсивно смятыми в складки, обычно разорванные. В таких районах как Курская магнитная аномалия, под наносами и маломощными породами юры и мела залегают железистые кварциты, возраст которых составляет примерно 2,5 млрд. лет. В Московской области под четвертичными образованиями залегают породы моложе 600 млн. лет. Подо дном морей и океанов ниже современных осадков часто залегают породы, которые непрерывно накапливались на протяжении последних 60 млн. лет. В горах, как правило, на поверхность поднимаются породы самого различного возраста, нередко разорванные и интенсивно смятые в крупные складки, надвинутые друг на друга.

Рис. 15. Геологическое строение участков, в которых распространена боль. Черным показана соль, остальными условными знаками - разные комплексы земной коры

В вулканических поясах с глубин в несколько десятков километров периодически поступает огненножидкая магма, которая во время сильных извержений дает огромное количество вулканического пепла, часто разносимого на сотни, а то и тысячи километров от места извержения.

Везде ниже уровня грунтовых вод, находящихся на глубинах от единиц до первых десятков метров, пустоты в горных породах (поры, трещины, каверны и реже пещеры) заполнены водой. Лишь в горах, расположенных значительно выше уровня моря, вода в крупных пустотах, таких как пещеры, может отсутствовать или в виде подземных рек протекать по их дну.

Общее количество воды, содержащейся в недрах Земли, огромно, оно достигает 0,5 млрд. км^3, т. е. около трети воды морей и океанов (1,5 млрд. км^3). Подземные воды, как правило, движутся (только в отличие от поверхностных) с весьма незначительными скоростями, заметными в масштабе геологического времени.

Интересно распределение температуры в недрах. На суше сезонные колебания температуры отражаются до глубин 15-25 м, где они обычно равны среднегодовой температуре воздуха. Исключения составляют вулканические области и зоны поступления глубинных вод, где даже у поверхности земли температура может достигать 100°С, а на глубинах нескольких десятков или сотен метров и 200°С. Ниже глубины 20-25 м температура начинает возрастать в среднем на 1°С через каждые 30 м, но в отдельных регионах (в Ставрополье, Западной Сибири, Средней Азии и др.), температура увеличивается быстрее - на 1°С через 15-25 м, а в других (на Кольском полуострове, в районе Курской магнитной аномалии и др.), температура повышается на 1°С лишь через 60-100 м. В зависимости от широты местности и темпа возрастания температур обычно на суше на глубине 1 км температура составляет 20-40°С, на глубине 3 км - 40-60°С, 4 км - 70-90°С, 5 км - 100-120°С. Подо дном водных бассейнов температура начинает возрастать почти сразу от поверхности дна, сначала обычно с небольшой интенсивностью, а затем почти так же, как и в недрах суши.

Давление воды, нефти и газа в недрах возрастает с глубиной примерно на 1 кг/см^2 через каждые 10 м глубины и в среднем на глубине 1 км составляет 100 кг/см^2, на глубине 2 км - 200 кг/см^2 и т. д. Но это в среднем. Обычно в пределах нефтяных и особенно газовых месторождений эти давления выше средних величин.

Рассмотрим теперь деятельность вулканов и сходных с ними образований, называемых вулканоидами.

Извержение вулканов, как одно из наиболее ярких проявлений подземных сил, нередко с человеческими жертвами, издавна привлекало внимание всех исследователей. Достаточно вспомнить извержение Везувия, вызвавшее трагедию Помпеи в 79 году, извержение Страмболи и другие. Поэтому вулканам посвящены работы естествоиспытателей всех времен.

Много десятков лет коллектив Института вулканологии Дальневосточного центра Академии наук СССР вулканы Камчатки и всей северозападной части Тихоокеанского кольца.

В течение 30 лет занимается вулканами всех стран света французский исследователь Гарун Тазиев - прекрасный популяризатор вулканологии, опубликовавший весьма увлекательные книги[4].

Изучаются Этна, Везувий, вулканы Японии, Индонезии, Гавайских островов и т. д. В результате исследований установлено, что очаги извержений обычно располагаются на глубине 8-10 км (рис. 16), где находятся камеры, содержащие расплавленную магму. Магма поступает в них из зон, расположенных на глубине более 30 км. На рисунке видно, как вулканический канал пересекает породы палеозоя, мезозоя и кайнозоя.

Рис. 16. Глубинное строение района Камчатки РЭ - докембрий, PZ - палеозой, MZ - мезозой, KZ - кайнозой

Вблизи действующих или в районах потухших вулканов наблюдаются так называемые вулканоиды, представляющие собой небольшие холмы или, наоборот, депрессии, из которых на поверхность выходят горячие воды, газ, грязь. В составе поступающих газов преобладают водяные пары и двуокись углерода; содержатся и другие компоненты: сернистый ангидрит, водород, изредка метан и др.

Вулканоиды, образовавшиеся в результате поступления флюидов от горячих магматических тел, внешне весьма сходны с вулканоидами другого типа - грязевыми вулканами, встречающимися в некоторых нефтегазоносных областях как у нас в стране (в Азербайджанской ССР, на Таманском и Керченском полуостровах, на Сахалине), так и в других странах (на острове Тринидад, в Индии, КНР и др.).

В результате многолетних исследований, начатых еще академиком И. М. Губкиным, установлено, что грязевые вулканы образуются в результате прорыва и затем постоянного или периодического поступления углеводородных газов на поверхность. Вместе с газом поступает и вода, которая, размывая глины, образует "грязь", также выходящую на дневную поверхность (рис. 17). Вместе с этими компонентами поступают на поверхность и незначительные количества нефти.

Рис. 17. Предполагаемый геологический разрез через грязевой вулкан Люк- Батан Залежи: 1 - нефти, 2 - газа, 3 - сопочная брекчия исследует

Грязевые вулканы являются своеобразными "редукционными клапанами", которые снимают излишнее давление газа в недрах.

Глава IV. Месторождения нефти и природных горючих газов: их строение, распространение и методы поисков

Месторождения...

Чем шире проводятся геологические исследования и чем более глубоко и детально производятся анализы, тем чаще обнаруживаются нефти и природные горючие газы или их следы. Пожалуй, не будет преувеличением утверждение о том, что на Земле нет таких осадочных пород, в которых где-либо не встречены те или иные количества нефти и особенно горючих газов. Точно так же можно утверждать, что не существует ни одного континента или очень крупного острова, в пределах которых не было бы нефти и горючих газов. Наконец, результаты бурения в акваториях позволяют считать, что подо дном всех без исключения морей и океанов содержатся горючие газы (в основном метан) и довольно часто нефть.

Однако сказанное выше не означает, что в любом месте можно заложить буровую скважину и получить нефть и горючий газ. Дело в том, что они могут встречаться в различных концентрациях, а газ и в различном состоянии. Так, например, нефть в виде отдельных капель может быть рассеяна в мощных толщах пород, а газ встречается и в виде отдельных пузырьков, и в растворенном в воде и в сорбированном отдельными минералами состоянии.

Но как в песне: "одна дождинка - еще не дождь", так и одна капля нефти или один пузырек газа в породах еще не месторождение. Вероятно, правильнее месторождениями нефти и газа называть такие участки территорий или акваторий, в пределах которых имеются заметные скопления этих ископаемых. Скопления могут быть промышленными, т.е. такими, которые целесообразно разрабатывать добывать нефть и газ, и непромышленными, в применении к которым это делать экономически невыгодно. Добывать нефть или газ из непромышленных месторождений нецелесообразно по различным причинам: либо количества получаемых в скважинах этих полезных ископаемых столь невелики, что не оправдывают затрат на бурение скважин и организацию добычи, либо общие количества нефти и газа в месторождении небольшие и организация их добычи нерентабельна.

Вполне понятно, что разделение месторождений нефти и газа на промышленные и непромышленные зависит от многих факторов: близости потребителя, железной и других дорог, количества и качества нефти и газа, глубин их залегания и т.д. Поэтому месторождения, которые в одних областях по объемам содержащихся в них нефти и газа или по дебитам скважин являются непромышленными, в других областях и районах страны могут быть промышленными. Так, например, промышленные месторождения в Западной Сибири должны содержать гораздо больше нефти, чем промышленные месторождения на Кавказе или на Украине, или иметь гораздо большие дебиты скважин. Это же относится и к морским месторождениям.

К описанию месторождений мы еще вернемся, а пока рассмотрим, как же залегают в них нефть и газ. Надо сказать, что до сих пор нередко можно встретиться с представлением о том, что нефть в недрах под поверхностью земли, так же как вода на поверхности, образует реки и озера. Помнится, когда начали добывать нефть в районах Волго-Урала и в то же время снижалось количество добываемой нефти в районе Баку, многие обыватели объясняли это снижение тем, что "нефтяную реку" перехватили в районе Волго-Урала.

Конечно, все эти представления неверны, что станет понятным, когда мы рассмотрим условия залегания нефти и газа в недрах. Совершенно очевидно, что нефть и газ как и любая материя, должны находиться в пространстве. Рассмотрим, каким же может быть это пространство на глубине. Для этого в первую очередь надо определить, что представляют собой те горные породы,

которые слагают верхнюю часть земной коры и в которых чаще всего встречаются нефть и газ. Рассмотрим сначала песок. Представим себе, что он состоит из правильных сферических частиц одинакового объема. Расчеты показывают, что в зависимости от плотности укладки эти частицы могут занимать чуть больше половины (52,4%) или три четверти (74,2%) объема всей горной породы, а остальное пространство - свободное, составляющее от 25,8 до 47,6% породы, приходится на поры, в которых могут находиться любые жидкости и газы (рис. 18). Это значит, что теоретически в каждом кубическом метре песка может содержаться от 0,26 до 0,47 м^3 нефти.

Рис. 18. Поры в песке при разной укладке зерен. Пористость песка, %: а - 25,8; б - 36,7; в - 47,6

Для того чтобы представить себе реально количество нефти, которое может находиться в такой породе, примем, что нефть содержится в порах такого песка который слагает пласт мощностью (или толщиной) 10 м Теоретически в таком пласте на площади всего 1 км может быть заключено от 2,58 млн. до 4,76 млн. м^3 нефти, или, принимая ее среднюю плотность равной 0,86 г/см^3, - от 2,219 млн. до 4,09 млн, т, и, следовательно, на площади в сотни квадратных километров -сотни миллионов тонн. Другие породы - известняки, доломиты - также содержат пустоты в виде пор, каверн, трещин и даже мелких пещер, количество и размен которых уменьшаются с глубиной. Общий объем таких пустот или, как принято называть, коэффициент пористости пород, может составлять от десятых долей процента до 20-30% объема пород.

Однако наличие пустот в горных породах еще не определяет полностью их свойства по отношению к нефти и газу. Дело в том, что размеры этих пустот могут быть самыми различными и именно от них зависит свойство пород пропускать жидкости и газы. Так, из физики известно, что благодаря действию сил молекулярного притяжения в капиллярных каналах поперечным сечением менее 0,001 мм вода не перемещается под влиянием силы тяжести, и требуется приложение значительных градиентов давления, чтобы сдвинуть такую пленочную, как ее называют, жидкость.

Поры всех осадков, накапливающихся подо дном водных бассейнов, с начала их образования заполнены водой. На суше, как только порода оказывается ниже уровня грунтовых вод, все ее поры также заполняются водой. Таким образом, когда в породу поступают нефть или газ, то для заполнения ее им надо вытеснить воду. Из пор крупнее 0,001 мм вода может уйти, а из более мелких пор при давлениях, обычно существующих на глубинах до 10 км, она не может быть вытеснена. По этой причине вода, нефть и газ в недрах могут двигаться по пластам песков, песчаников, пористых известняков, доломитов, различных трещиноватых пород, но для них совершенно непроницаемы пласты влажных глин, каменной соли, плотных известняков, ангидритов и других непористых и нетрещиноватых пород.

Поскольку пласты, содержащие в недрах подвижную воду, не разобщены друг с другом герметично, все они представляют собой своеобразную систему сообщающихся сосудов, давление в которых равно весу столба жидкости. По этой причине давление жидкости и газа в породах с глубиной увеличивается через каждые 10 м на 0,1 МПа, в общем случае достигая, например на глубине 1000 м, 10 МПа. Однако нередко пластовые давления превышают эту величину (см. ниже). Благодаря высокому давлению газ в недрах в соответствии с законом Бойля - Мариотта, занимает значительно меньший объем, чем на поверхности. Так, на глубине 1000 м при температуре 40°С в одном кубическом метре пространства содержится такое количество газа, которое на поверхности земли при стандартных условиях: давлении 1 МПа (760 мм рт. ст.) и температуре 15°С будет иметь объем, равный примерно 103 м^3 (не точно из-за отклонения реального газа от идеального).

Определяющим моментом в распределении нефти, газа и воды в недрах является существенное различие их плотностей: пластовые воды обычно соленые, часто имеют плотность 1,05-1,25 г/см^3, плотность нефти, как отмечалось, в среднем равна 0,86 г/см^3, а в пластовых условиях, на глубине порядка 1000 м, благодаря большому количеству растворенного в ней газа (до 300 м^3 в 1 м^3 нефти) - 0,6-0,7 г/см^3, наконец, плотность газа, преимущественно метанового, на этой же глубине - 0,07 г/см^3. Согласно законам физики, указанные жидкости и газ распределяются в недрах в соответствии с их плотностями: вверху газ, ниже нефть, под которой почти всегда находится пластовая вода.

В природе часто проницаемые пласты чередуются с непроницаемыми и, как правило, вследствие тектоникеских движений изгибаются самым различным образом "наиболее повышенных участках проницаемых пластов образуются природные ловушки, в которых могут накапливаться нефть и газ (рис. 19). Эти ловушки в течение многих десятков лет и были основными объектами поисков нефти и газа.

Рис. 19. Залегание нефти; газа и воды в складке осадочных пород: а - принципиальная схема; б - общий вид

Однако природа всегда изобретательнее, чем можно представить даже при самой богатой фантазии: казалось, что ловушки могут образовываться не только следствие изгибов, но и на месте рифов (рис 20) в зонах трещиноватости магматических пород (рис. 21), у соляных тел (рис. 22), в зонах выклинивания песков и песчаников, даже в трещиноватых глинах (например, в Западной Сибири) и в других случаях. Нередко в таких участках образуется сразу много ловушек, располагающихся одна под другой. Поэтому в пределах месторождений, как правило, встречается несколько залежей, находящихся на разных глубинах.

Рис. 20. Нефтяная залежь в рифе (месторождение в Западном Техасе, США)

Рис. 21. Нефтяная залежь в трещиноватых магматических породах (США) . Черным показана залежь нефти, остальными условными знаками - разные магматические и осадочные породы

Рис. 22. Нефтянные залежи в соляных куполах. Черным показана нефть

Залежи могут быть различными и по физическом) состоянию флюидов: однофазовыми - газовыми, газоконденсатными, нефтяными (рис. 23), двухфазовыми в зависимости от соотношения фаз: нефтяными с "газовой шапкой" или, наоборот, газовыми с нефтяной оторочкой (рис. 24). При этом поскольку в газе, особенно в двухфазовых залежах, часто содержится большое количество конденсата, то обычно такие залежи называют газоконденсатно-нефтяными, газоконденсатными с нефтяной оторочкой и т. д. (рис. 25). В пределах месторождений залежи могут чередоваться самым различным образом: над и под нефтяной залежью могут располагаться газоконденсатные или, наконец, эти залежи чередуются между собой (рис. 26). Максимальные известные в настоящее время глубины распространения залежей достигают 7 км.

Рис. 23. Геологический разрез месторождения 'Нефтяные Камин' в Каспийском море вблизи г. Баку

Рис. 24. Залегание нефти и газа в Самотлорском месторождении Западной Сибири. Породы: 1 - преимущественно песчаные, 2 - преимущественно глинистые, 3 - газ, 4 - нефть

Рис. 25. Залегание газа, содержащего конденсат и нефти в Уренгойском месторождении. Породы: 1 - преимущественно песчаные, 2 - преимущественно глинистые, 3 - переслаивание глинистых и песчаных пород, 4 - газ, содержащий конденсат, 5 - нефть

Рис 26. Залегание нефти и газа в месторождениях Битков - Старуня - Гвизд (Западная Украина): 1 - надриг, 2 - нефть, 3 - газ

Размеры месторождений в плане могут колебаться в больших пределах: от нескольких сотен метров до десятков и даже сотен километров. Так, гигантское нефтяное месторождение Гхавар в Саудовской Аравии, со держащее более 30 млрд. т нефти, приурочено к ловушке, протягивающейся более чем на сотню километров при ширине 50-60 км.

Крупнейшее в СССР Уренгойское газовое месторождение протянулось на 170 км при ширине 30-50 км и обладает запасами почти 6 трлн. м3. Этого количества газа хватило бы, чтобы обеспечить потребность Москвы в газе в течение 353 лет или всего мира в течение 4 лет (по потреблению 1979 года).

Говоря о запасах нефти и газа в месторождениях, следует иметь в виду, что никогда не удается извлечь полностью содержащиеся в них эти полезные ископаемые. Дело в том, что нефть, например, задерживается в уголках пор, в тупиковых каналах, просто на поверхности зерен породы, в более мелких порах и т. д. Количество извлеченной нефти по отношению к общему ее содержанию в месторождении может колебаться в весьма широких пределах - от 5 до 95% - и зависит от множества как природных, так и технических факторов: вязкости нефти, типа породы, в которой она находится, температуры и давления, содержания растворенных газов, частоты расположения эксплуатационных скважин, темпа отбора (т. е. количества ежегодно добываемой нефти по отношению к общему содержанию ее в залежах), темпа заводнения и т. д.

При добыче нефти всегда приходится решать весьма сложный вопрос: какое количество ее можно добывать ежегодно из данного месторождения. Можно, например, в течение первых нескольких лет резко увеличить добы чу, но в целом добыть из этого месторождения меньше и оставить в недрах больше нефти. То же относится и к количеству пробуренных на месторождении скважин: с одной стороны, чем больше их будет пробурено на месторождении, тем полнее будет извлечена нефть, с другой стороны, общее количество добытой с помощью одной скважины нефти будет снижаться и, следовательно, ее себестоимость будет возрастать (нужно учесть, что каждая скважина может стоить несколько сотен тысяч рублей). У нас в стране создано специальное научное направление - научные основы разработки нефтяных месторождений. В настоящее время в мире в среднем коэффициент извлечения нефти составляет примерно 33%, а по многим странам значительно меньше.

Коэффициент извлечения газа, естественно, значительно выше, чем нефти, но все же почти никогда не "оставляет 100%. В среднем он принимается равным 85%, но может быть значительно ниже и зависит как от природных факторов (состава содержащих газ пород, их пористости и проницаемости, наличия воды в пре-I делах залежи, битумов, окисленной нефти и др.), так и от технических показателей (количества скважин, темпов отбора и т. д.). При интенсивном отборе газ, содержащийся в плохо проницаемых участках, может оказаться "зажатым" со всех сторон водой и не попадет скважины, вследствие чего останется в недрах.

По указанным причинам, говоря о запасах нефти и газа в месторождениях, обычно различают две их группы: геологические запасы, т. е. те количества этих Полезных ископаемых, которые содержатся в недрах данного месторождения, и извлекаемые, т. е. те их количества, которые при современной технологии могут быть извлечены на поверхность. Запасы различают также и по степени разведанности месторождения, т. е. по вероятности подтверждаемости.

Прежде чем переходить к описанию того, как ищут и открывают месторождения нефти и газа, следует отметить, что за более чем 120-летний период развития нефтяной промышленности в методах поисков и разведки произошли значительные изменения. Это связано, во-первых, с изменениями требований к месторождениям, а во-вторых, с успехами в развитии физических и других фундаментальных наук.

Kaк уже отмечалось, вначале нефть добывали с помощью колодцев, а затем из неглубоких скважин, стоимость которых была сравнительно небольшой. Поэтому даже те незначительные количества нефти, которые добывали с помощью этих выработок, давали прибыль, что содействовало развитию добычи. Однако с увеличением глубины бурения скважин и, следовательно, со значительным возрастанием их стоимости уже не любое количество получаемой с их помощью нефти оказывалось рентабельным. Чем глубже скважина, тем выше тот минимальный ее дебит, который будет рентабельным. Так, например, если скважина глубиной до 1000 м дает в сутки 1 т нефти, то она может оказаться рентабельной, но если такое же количество нефти дает скважина глубиной 4000-5000 м, стоимость которой может превышать 1 млн. рублей, то бурение ее будет экономически нерентабельным.

Мало того, рентабельность добычи нефти и газа зависит еще от многих факторов: общего количества добываемых на месторождении нефти или газа, места расположения месторождения, удаленности его от путей сообщения, мест потребления, населенных пунктов и т. д. Так, если где-то на севере Западной Сибири, вдали от населенных пунктов, дорог и нефтегазопроводов, будет открыто нефтяное месторождение, из которого можно добывать не более 100 т нефти (или 100 тыс. м^3 газа в сутки), то вряд ли будет рентабельной разработка его в настоящее время. Большое значение имеют также общие запасы нефти и газа на месторождении: если затраты на обустройство и эксплуатацию превышают стоимость добытых нефти и газа, то разрабатывать такое месторождение экономически нерентабельно. Если же мелкое месторождение находится, например, в районах промыслов Баку или Западной Украины и не требует существенных затрат на обустройство, то его разработка может быть рентабельной.

Особые требования предъявляются к месторождениям, расположенным в акваториях: они должны иметь значительные запасы, чтобы оказались рентабельными затраты не только на бурение скважин, но и на создание эстакад, подводных трубопроводов, иногда и подводных хранилищ и т. д.

В начальный этап развития нефтяной промышленности поиски месторождений были сравнительно легким делом: вблизи выходов нефти на поверхности заклады вались сначала колодцы, а затем и мелкие скважины, из которых, как правило, и добывали нефть. Однако по мере использования таким образом всех выходов поиски нефти становились все более затруднительными, пока не было установлено, что в таких районах нефтяные месторождения располагаются по определенным линиям, которые так и были названы "нефтяными линиями".

После того как выяснилось, что нефть и газ занимают самые высокие участки в складках горных пород, их поиски получили научную, точнее, геологическую основу. Теперь уже надо было не искать мифические "нефтяные линии", а изучать геологическое строение территории и по получаемой на поверхности информации устанавливать места перегибов слоев на глубине, где закладывать буровые скважины. Как правило, такие скважины давали фонтаны, если они были пробурены в районах, характеризующихся наличием других месторождений.

Однако оказалось, что во многих районах вблизи выводов нефти не было обнаружено значительных по запасам месторождений. Так, на территории Грузии было выявлено несколько тысяч нефтепроявлений, но в результате бурения скважин удалось открыть лишь единичные, небольшие по запасам месторождения. После того как поисковыми работами были охвачены все районы вблизи выходов нефти, возник вопрос о том, нет ли месторождений и в других районах?

Так постепенно появилась необходимость предварительной оценки перспектив нефтегазоносности новых регионов, в которых нет нефтепроявлений и еще не проводились поисковые работы. Примером прогнозов нефтегазоносности таких территорий, которые в дальнейшем блестяще подтвердились, явились предположения академика И. М. Губкина о нефтегазоносности Волго-Уральской провинции и Западной Сибири.

С тех пор прогнозировались перспективы нефтегазоносности различных частей территории и акваторий нашей страны и многих других стран, и, как правило, они подтверждались открытием новых многочисленных месторождений нефти и газа.

Периодически издаются карты перспектив нефтегазоносности нашей страны и других стран, на которых находят отражение все возможно нефтегазоносные территории и акватории. В настоящее время совершенно очевидно, что все участки земной коры, в пределах которых имеется достаточно мощная толща осадочных пород (или так называемые осадочно-породные бассейны), можно считать потенциально нефтегазоносными. Но более определенная оценка может быть дана лишь на основе изучения геологического строения и истории геологического развития такой территории или акватории.

Вот почему первым этапом работ, проводимых с Целью оценки перспектив нефтегазоносности, является изучение геологического строения и геологической истории региона с использованием всей доступной информации, включая сведения, получаемые с помощью искусственных спутников Земли. Если такой информации недостаточно, необходимо бурить так называемые опорные и параметрические скважины, с помощью которых можно определить, какие породы и на каких глубинах залегают, какова мощность осадочных отложений, могут ли они содержать нефть и газ и т. д. Однако такие скважины дают лишь "точечную" информацию, т. е. позволяют определять глубину залегания и состав пород в данной точке. Между тем, как отмечалось, важно знать характер залегания пластов в пространстве. Поскольку породы, слагающие пласты, обладают различными физическими свойствами (плотностью, электропроводностью, магнитностью и т. д.), то изменение глубины их залегания влияет на характер физических полей. Так, если соль, обладающая минимальной среди горных пород плотностью, залегает вблизи дневной поверхности, то на этом участке будет также наименьшей величина ускорения силы тяжести (рис. 27).

Рис. 27. Схема гравиметрической разведки. Минимум ускорения сил тяжести над соляным куполом

От более плотных пород можно получить отражения искусственно вызванных сейсмических волн и тем самым прослеживать поверхности таких пластов, что определяется с помощью сейсмической разведки (рис. 28).

Рис. 28. Схема сейсмической разведки: 1-5 - сейсмографы, регистрирующие отраженные от пласта волны упругих колебаний

Интерпретация геофизической и геологической информации позволяет определить мощность осадочных пород, их состав, условия залегания, высказать соображения о перспективах нефтегазоносности крупных территорий и акваторий и даже наметить наиболее перспективные области и районы, в которых следует в первую очередь проводить поисковые работы.

Таким путем, например, проводились работы в Западной Сибири и Средней Азии, где сначала были пробурены опорные скважины и одновременно проведены геофизические исследования, а затем уже начались собственно поиски месторождений. Однако от этих работ до поисков месторождений нефти и газа довольно далеко, хотя нередко бывает, что первыми опорными скважинами открывают месторождения. Обычно эти месторождения небольшие, как правило, характеризуют потенциальные возможности крупных территорий и акваторий. Дело в том, что месторождения нефти и газа занимают лишь небольшую площадь, не более 1-3% перспективных земель. Совершенно очевидно, что невозможно разбурить поисковыми скважинами всю территорию с целью слепого поиска месторождений. Потому все усилия геологов-нефтяников и газовиков направляются на повышение степени вероятности открылся месторождений нефти и газа первыми же скважинами.

К сожалению, пока еще не закончена разработка самых методов поисков месторождений нефти и газа, связи с чем сначала приходится намечать места возможного наличия месторождений и лишь с помощью "исковых скважин окончательно определять их наличие или отсутствие на данном участке. С этой целью проводят детальные сейсмические работы, которые позволяют определить характер залегания пород на интересующей площади и места образования ими повышенных частей ловушек. В этих точках закладывают буровые скважины для окончательного выяснения наличия (или отсутствия) в разведуемой части территории месторождения нефти и газа. Следует сказать об одной опасности, которая подстерегает разведчика при поисках нефти и газа. Дело в том, что при определенных условиях бурения и испытания скважин можно пропустить залежь нефти или газа, в связи с чем прийти к неправильному выводу об ее отсутствии в районе пробуренной скважины. Дело в том, что в процессе бурения скважины через долото прокачивается промывочная жидкость, которая выполняет одновременно несколько функций: охлаждает долото, выносит образующиеся в результате разрушения пород обломки и одновременно "штукатурит" стенки скважины, создавая на них давление и тем самым предотвращая их обрушение и поступление в скважину воды из пересеченных водоносных горизонтов.

Как правило, плотность промывочной жидкости колеблется в пределах 1,15-1,25 г/см^3, благодаря чему на глубине 2000 м давление на забое скважины составляет 23-25 МПа. Если давление в нефтеносном или газоносном пласте будет выше этой величины, то нефть и газ будут поступать в скважину, и можно будет установить наличие залежи в случае ее пересечения скважиной. Однако в тех случаях, когда давление в пласте будет ниже давления жидкости в стволе скважины, жидкость из скважины будет поступать в пласт и оттеснит находящиеся в нем нефть и газ. При этом она может настолько плотно "заштукатурить" стенки скважины, что нефть и газ не смогут поступать из пласта в скважину, и создастся впечатление об отсутствии их в недрах.

Разобщение скважины с пластом может быть обусловлено еще рядом причин, таких, например, как смыкание трещин в пласте из-за увеличения сжимающего давления в стенках скважин и других. Если в первом случае необходимо снижать плотность промывочной жидкости, то во втором, наоборот, нужно ее повышать. В случае бурения скважин с промывкой раствором имеющим недостаточную плотность при вскрытии нефтеносного и особенно газоносного горизонтов, может начаться фонтанирование, чрезвычайно опасное как для людей, работающих на буровой, так и для окружающей среды, особенно если скважина бурится в акватории Общеизвестно, какой вред причинили подобные аварии у берегов Калифорнии (США), в норвежском секторе Северного моря (месторождение Экофиск), в Мексиканском заливе у берегов Мексики и т. д.

Поэтому особенно важно найти оптимальный режим бурения, который, с одной стороны, исключал бы возможность открытого фонтанирования скважины, а с другой - позволял бы получать правильное представление о продуктивности вскрытых горизонтов. От процесса испытания скважин во многом зависит правильность получаемой информации. Достаточно напомнить, что вследствие неудовлетворительной методики испытания скважин в течение долгого времени не были открыты нефтяные месторождения на территориях Белоруссии и Грузии и некоторые геологи считали, что эти месторождения там отсутствуют.

Вообще надо отметить, что наиболее трудным моментом в нефтяной геологии является принятие решения при отрицательных результатах бурения поисковой скважины. В этом случае надо, во-первых, определить, почему не получен приток нефти и газа, сделать заключение об отсутствии в данном месте месторождения нефти и газа и, самое главное, дать предложение о прекращении бурения на площади или заложении новых скважин с указанием и обоснованием мест расположения последних.

Каждое такое решение весьма ответственно: ведь, с одной стороны, существует опасность пропустить месторождение, а с другой - предложить бурение заведомо непродуктивных скважин, т. е. напрасно затратить несколько сотен тысяч, а то и десятков миллионов рублей. Вот почему для принятия окончательного решения о прекращении поисков нефти и газа в каком-либо районе требуются достаточно серьезные теоретические предпосылки.

В практике поисков нефти и газа во многих регионах неоднократно возникали такие ситуации, когда бурение первых скважин оказывалось безрезультатным, и скептики, не верящие в достаточность теоретического обоснования продолжения поисковых работ, неоднократно предлагали прекратить поиски, мотивируя это необходимостью предотвращения ненужных затрат средств. Так, например, было в начале 1958 года, когда ставился вопрос о необходимости прекращения поисков нефти в Западной Сибири. Аналогичные ситуации возникали при поисках нефти и газа в Восточной Туркмении, Белоруссии и т. д. Только глубокое убеждение в правильности теоретических предпосылок, позволяющих высоко оценивать перспективы нефтегазоносности указанных регионов, предотвратило прекращение в них поисковых работ и тем самым позволило вовремя раскрыть и использовать богатства недр.

Научно обоснованный оптимизм часто вознаграждается: при правильном заложении и проведении поисковые скважины дают богатейшую информацию о нефтегазоносности недр. При этом дебиты их могут оказаться весьма высокими. Так, например, фонтанирующая скважина 45, пробуренная на месторождении Локбатан, вблизи Баку, выбрасывала ежедневно до 20 000 тонн нефти. Газовые скважины, пробуренные в разных регионах, нередко фонтанируют с дебитом 1-2, иногда даже до 10 млн. м^3/сут.

Глава V. Как и почему возникали различные представления и гипотезы о происхождении нефти и горючих газов

Как и почему?

Решение проблемы происхождения нефти и горючих углеводородных газов имеет многовековую историю. Это была не простая история накопления фактов, когда постепенно, как на фотопластинке, выявляются правильные решения и вырабатывается общепризнанная точка зрения. Нет, это была история крупных открытий и догадок, когда вдруг все становится ясным и понятным, и крупных заблуждений, когда исследования заходят в тупик, из которого, кажется, нет выхода. Эту историю творили гении и посредственности, блестящие специалисты и дилетанты.

Наконец, решение этих проблем находилось в зависимости от уровня развития многих наук - геологии, органической химии, гидродинамики и др.

Анализируя историю решения проблем происхождения нефти и горючих газов, нельзя не поражаться тому, как многие гениальные ученые, располагая весьма ограниченной и неполной информацией, почти интуитивно правильно решали возникавшие вопросы, но в то же время другие, не менее крупные ученые, из-за ограниченности информации заблуждались, и их неправильные представления увлекали многих исследователей по ложному пути. Невольно приходят на ум известные слова К. Маркса: "В науке нет широкой столбовой дороги, и только тот может достигнуть ее сияющих вершин, кто, не страшась усталости, карабкается по ее каменистым тропам"[5]

Чтобы раскрыть "тайну" происхождения нефти и горючих углеводородных газов, необходимо было найти самые различные "улики" этих процессов[6]: и распространение нефти в земной коре, и ее химический состав, и "родственные" связи с породившим ее органическим веществом, и условия развития процесса рождения, и многое, многое другое. Трудность решения проблем происхождения нефти и углеводородных газов заключалась также в том, что вследствие своей исключительной подвижности эти полезные ископаемые почти никогда не остаются в месте своего "рождения". Более того, они постоянно меняют свой облик и состав. Поэтому данные проблемы никогда нельзя решить по одной из улик, например: по нахождению нефти и газа в определенных породах или по их составу, или по другой информации. Вот почему рассматриваемые проблемы и не могли быть однозначно решены до того, как удалось найти целые комплексы улик.

Многовековую историю решения проблем происхождения нефти и природных горючих газов можно дифференцировать на этапы по разным признакам: характеру получаемой информации, степени ее влияния на открытие новых месторождений нефти и газа, степени разработки теории и т. д. Если рассматривать этот вопрос с позиций характера информации, очевидно, следовало бы выделять этапы соответственно основным вехам развития нефтегазодобывающей промышленности: сначала до 1859 года, затем до 1957 года и, наконец, после 1957 года.

Если же анализировать историю решения описываемых проблем по степени их влияния на практику нефтегазопоисковых работ, то, вероятно, дифференциация на этапы должна быть другой: в первый этап, когда поиски проводились вблизи естественных выходов нефти, теоретические представления по существу не влияли на практику поисковых работ. Однако после 1910 года, когда нефтепоисковые работы начали распространяться на все новые и новые районы в старых нефтедобывающих странах и на новые страны, выбор мест заложения новых поисковых скважин должен был производиться, исходя из определенных представлений об условиях образования нефти.

Теоретические вопросы образования углеводородов снова встали перед геологами-поисковиками, когда стало очевидным, что природные горючие газы представляют самостоятельный интерес как минеральное сырье, и могут иметь несколько иное распространение, чем нефть. Для последнего десятилетия характерно значительное увеличение глубин бурения, и достоверность Прогноза наличия залежей на больших глубинах зависит от правильности представлений об условиях образования нефти и горючих газов.

Наконец, в связи с энергетическим кризисом в последнее пятилетие встал вопрос об общей оценке запасов нефти и газа, содержащихся в земной коре, и предельных глубинах их распространения. Совершенно очевидно, что такой прогноз можно сделать лишь на основании определенных теоретических представлений о происхождении нефти и газа. Конечно, это не означает, что развитие нефтегазодобывающей промышленности не влияло на решение проблем происхождения нефти и природных горючих азов. Наоборот, благотворное взаимное влияние теории и практики в нефтегазовой геологии исключительно велико: расширение областей нефтегазопоисковых работ значительно повышало качество и увеличивало количество поступающей информации, которая обогащала теорию. В свою очередь, новые теоретические разработки позволяли выявлять новые регионы и новые объекты для поисков и, таким образом, создавали основу для расширения поисковых работ.

По указанному принципу в истории решения проблем происхождения нефти и природных горючих газов можно выделить следующие этапы:

I - с древнейших времен по 1760 год; представления о происхождении нефти связаны с представлениями о "флогистоне", механизмах извержений вулканов и т. д.;

II - 1761-1859 годы; преобладание представлений о происхождении нефти преимущественно из растительного органического вещества, в том числе из углей;

III - 1860-1905 годы; самые различные представления о происхождении нефти;

IV - 1906-1931 годы; преобладание представлений об образовании нефти преимущественно из органического вещества животного происхождения;

V - 1932-1950 годы; образование нефти из рассеянного органического вещества;

VI - 1951 год - настоящее время - разработка теории о происхождении нефти из рассеянного органического вещества любого генезиса и природных горючих газов из рассеянного и гомогенного органического вещества любого генезиса.

Конечно, указанное деление несколько условно, так как почти на любом этапе отдельные исследователи развивали представления, характерные для последующих этапов, или отстаивали представления предыдущих.

I этап - с древнейших времен по 1760 год. В этот период представления о происхождении нефти так или иначе были связаны с различными представлениями о "флогистоне", происхождении Земли и др. Однако даже на этом этапе некоторыми учеными на основании геологических наблюдений были высказаны предположения, которые в дальнейшем оказались достаточно близки современным. Но рассмотрим все по порядку.

Первые не совсем ясные представления о происхождении нефти появились в трудах древнеримского архитектора Витрувия (I век до н. э.). Описав применение битумов в строительстве, места и условия их сбора в Италии и на Ближнем Востоке, Витрувий объясняет поступление нефти с водой следующим образом: "Когда сквозь смолистую землю пробивается с силой вода, она влечет за собой наружу и ее; по выходе на земную поверхность она избавляется от примесей и в ходе этого процесса отметает смолу". Этот вывод Витрувий сделал, параллелизуя процесс "извлечения нефти из смолистой земли" с процессом растворения соли.

Почти в те же годы более определенные представления о происхождении нефти были высказаны древнегреческим географом и историком Страбоном (64- 63 годы до н. э. - 20-24 годы н. э.), который, приводя имевшуюся тогда информацию о выходах нефти и других битумов во многих местах юга Европы и Ближнего Востока (Албания, Мертвое море и др.), вероятно связанных с грязевыми вулканами, писал:

"В области аполонийцев есть место под названием Нимфей, это - скала, извергающая огонь, а под ней текут источники теплой воды и асфальта, вероятно, от сгорания асфальтовых глыб под землей" (разрядка наша-М. К.). При описании извержений грязевых вулканов в Мертвом море Страбон высказал мысль о том, что "источник асфальта" связан с "источником огня". Вывод о роли огня Страбон подкреплял тем, что вблизи "от землетрясений, извержений огня и горячих асфальтовых и сернистых вод озеро вышло из берегов и огонь охватил скалы". Однако, вероятно, не все разделяли эти представления, так как почти через 100 лет (46-126 годы) Плутарх, описывая нефтепроявления в Вавилонии (вероятно, территория современного Ирака), отмечал: "По вопросу о происхождении нефти возникли споры, была ли она... (текст испорчен. - М. К.) или, скорее, горючей жидкостью, вытекающей из недр там, где земля по своей природе жирная и огненная. Вавилония страна очень жаркая, так что ячменные зерна нередко подпрыгивают и отскакивают от почвы, которая в этих местах под влиянием зноев постоянно колеблется".

Собственно первая "теория" о происхождении нефти (если, конечно, ее можно назвать теорией) была сформулирована еще в 950 годы арабским ученым Ихван-эс-Сафа. "Вода и воздух - писал он,- созревают действием огня и образуют огненную серу (в то время все естественные горючие вещества называли серой.- М. К.) и водяную ртуть. Эти два вторичных элемента смешиваются с разным количеством земли и в зависимости от температуры образуют минералы, находящиеся в земле, включая битуминозную субстанцию, такие как нефть и кир. Поэтому они имеют "высокий" воздух и нефть, сжижаются и огнеопасны". Спустя более чем три столетия, в 1275 году, другой арабский исследователь Эль-Казвини пытался объяснить, как из нефти путем коагуляции образуется кир.

Очевидно, еще до работ Г. Агриколы (1546-1550 годы) существовало мнение о растительном происхождении битумов и янтаря. Так, в своей работе "О природе ископаемых" этот ученый классифицирует нефть, уголь, верный мрамор и обсидиан, камфору и янтарь как разновидности битумов, опровергая утверждение об их растительном происхождении. По мнению Г. Агриколы, "холодные морские воды вызывают затвердение жидкой горной смолы из подводных источников в янтарь и битумы".

В более поздней работе (1550 год) Г. Агрикола говорит о "жидких битумах, стекающих в море", которых морская вода сгущает в янтарь и гагат и волны выбрасывают на берег. В то же время этот исследователь считал, что "битумы занимают первое место среди всех материй, которыми питается подземный огонь... Так же как от прибавления масла усилится огонь, так, если в горячий битум прибавить воду, то огонь не погасает, а увеличивается".

В методическом плане очень интересно, что представления Г. Агриколы о вулканических процессах как процессах горения горючих ископаемых, разделявшиеся многими исследователями вплоть до XIX столетия, сложились у него под впечатлением подземных угольных пожаров, которые он наблюдал в детстве в Цвикау. В то же время Г. Агрикола предполагал, что "гореть" должно другое вещество - нефть или битум.

В конце XVII века (1697 год) итальянский ученый П. С. Бокконе, ссылаясь на мнение английского ученого В. Чарлитона, считал, что янтарь и битумы имеют одинаковое происхождение и нефть образуется "вулканическими силами из земли и серного начала". В качестве доказательства он приводил пример землетрясения 1683 года, которое повлияло на интенсивность нефте-проявлений в Сицилии. Такой же точки зрения придерживался и французский ученый П. Поме в 1694 году.

Немецкий ученый Ф. Лачмунд, разделяя представления Г. Агриколы о происхождении битумов, обратил внимание на то, что породы, пропитанные битумом, содержат створки раковин. Фотографию такой породы он привел в работе, опубликованной в 1699 году.

Судя по работе французского химика Н. Лемери, в конце XVII века существовало также представление об образовании нефти в результате перегонки янтаря; каменный уголь является остатком этой перегонки. Однако сам Н. Лемери считал, что нефть образуется в результате перегонки битума.

Пожалуй, самое интересное предположение было высказано уже в начале XVIII века (1725 год) немецким ученым И. Ф. Генкелем, по мнению которого нефть ("горные масла" и "горные смолы") образуется из остатков животных и растений.

Существовавшие к 1739 году представления о происхождении нефти были обобщены русским академиком И. Вейбрехтом, который, разделяя мнение о нефти как о смеси "огненной (серной)", водной и земляной субстанций, в то же время считал, что нефть либо образовалась под влиянием тепла Земли, либо находилась в ее недрах изначально. На основании нахождения нефти в теплых странах вблизи морей с соленой водой и дли-щтельности ее притоков снизу (что интерпретировалось как неиссякаемость источников нефти). И. Вейбрехт считал, что нефть - это преобразованная "огненная сущность солей", оставляемая морской водой. "При чрезмерном накоплении горючих веществ в одном месте при их воспламенении происходят землетрясения и оседания почвы".

Любопытен вывод этого исследователя о том, что "масляные части растений близки по своим свойствам к нефтяным маслам". На этом основании делалось предположение: "быть может, огненные и масляные части всех растений происходят от нефти, которую растения вытягивают из земли".

В 1748 году французский ученый Б. де Малье высказал мысль, что все горючие ископаемые образовались из захороненных в морских осадках, животных и растительных организмов и что вулканические процессы обусловлены горением этих веществ, в том числе и каменного угля.

Эти представления завоевывали все большее и большее признание. В 1750 г. немецкий ученый Д. Р. Шпильман писал, что нефть образуется из растений, преимущественно из ели. Член французской академии наук, химик по специальности П. Ж. Макер в 1758 году, высказывал мнение о том, что битумы образуются в результате взаимодействия "растительных масел" и "кислот".

Итак, в рассматриваемый первый этап исследователи пытались установить генетические соотношения нефти с другими битумами, включая в этот ряд янтарь и гагаты. На основании близкого расположения выходов нефти от морей и вулканов ее образование в определенной степени связывалось как с первыми, так и со вторыми. Устанавливалось внешнее сходство растительных и нефтяных масел и считалось, что нефть благодаря своей подвижности может находиться далеко от места своего рождения и, в частности, на дневную поверхность поступает с глубины. Уже в XVIII веке было высказано предположение об образовании нефти из остатков сначала растений, а затем и животных.

Обобщая существовавшие в рассматриваемый этап представления о происхождении нефти, нетрудно понять причины их возникновения: исследователям стали известны как "огненные" процессы, сопровождающие извержения лавовых и грязевых вулканов, так и "горючие ископаемые", и вполне логично, что они пытались связать их генетически и это как бы подтверждалось наблюдениями над подземными угольными пожарами. Вполне логичной представлялась и связь нефти с "масляными частями растений".

II этап (1761-1859 годы). Этот этап продолжался в течение почти 100 лет. Он начался с работы М. В. Ломоносова, который в трактате "О слоях земных", опубликованном в 1763 году, обобщил свои представления о происхождении ископаемых углей и нефти. Он считал, что последняя "выгоняется подземным жаром из приготовляющихся каменных углей" и "вступает в разные расселины и полости, сухие и влажные, водами наполненные".

М. В. Ломоносов впервые увязал происхождение нефти с геологическим строением Земли, считая, что внутри последней имеется "огненное ядро", под действием которого и происходят извержения вулканов, а также "выгорание" целых участков "земли" и последующее их опускание. Вполне логично, что при таком процессе допускалась и перегонка угля, приводящая к "выделению" нефти. Если учесть сходство последней с "каменноугольным дегтем" и отсутствие какой-либо информации о различии их составов, то такое допущение вполне логично.

В целом в течение описываемого этапа преобладали представления об образовании нефти либо непосредственно из растительных остатков, либо из каменного угля. Вероятно, это связано с тем, что такие предположения высказывались самыми авторитетными для того времени учеными. Однако существовали и другие представления.

В 1768-1774 годах по инициативе М. В. Ломоносова I Академией наук России были организованы экспедиции, участники которых наблюдали выходы нефти у оз. Байкал (П. С. Паллас), на Апшеронском полуострове (С. Г. Гмелин), в Кахетии (А. И. Гильденштедт), на Волге, вблизи Симбирска, и на р. Белой (И. И. Лепехин). Почти каждый из участников этих экспедиций высказывал основанные на собственных наблюдениях соображения о происхождении нефти. Так, П. С. Паллас считал причиной землетрясений в районе Байкала обилие в недрах окружающих гор таких горючих веществ, как колчеданы (пирит) и асфальт, которые горят под землей, о чем свидетельствуют источники горячих вод. С. Г. Гмелин, основываясь на расположении нефтяных колодцев у подножий гор, считал, что нефть образуется в горах, откуда стекает в море, вследствие чего вода в нем становится горькой. А. И. Гильденштедт предполагал, что в Кахетии под нефтяными выходами находятся месторождения каменного угля. Наконец, И. И. Лепехин, наблюдавший в горючих сланцах Волги пирит (колчедан), связывал с ним "горючесть" этих образований.

Интересно, что в энциклопедии под редакцией Д. Дидро и Ж. Д'Аламбера, изданной в 1765 году, где дано толкование терминов "асфальт", "битум" и "петройль" (нефть), описываются их свойства и распространения,

но ничего нет о генезисе. Но в XI томе, изданном в 1774 году, отмечается, что нефть "своим происхождением обязана погребенным смолистым деревьям, так же как и другие битуминозные субстанции, минеральные угли и янтарь".

В 1778 году немецкий исследователь Ф. Беролдинген, интерпретируя наблюдаемое в Англии залегание битуминозных пород над угольными пластами, наличие горючих газов в нефтяных залежах и в угольных пластах, сходство продуктов перегонки нефти и угля, угольные пожары, расположение месторождений нефти вблизи действующих и потухших вулканов, горючих источников вблизи грязевых вулканов и выходов газов поблизости от нефтяных месторождений в Иране, пришел к выводу, что "минеральный уголь согревался подземным огнем, продукты перегонки сгущались близ поверхности земли и превращались в нефть, в то время как более легкие газы освобождались и воспламенялись".

Развивая представления П. Ж. Макера, французский переводчик работы первого минералога и геохимика Швеции Т. Бергмана Д. Муже утверждал (1784 год), что твердые и жидкие битумы образуются в результате разложения погруженных на глубину веществ растений и животных под действием "минеральных кислот" (1791-1793 годы). Французский геолог Т. Акэ наблюдал в битуминозных породах Прикарпатья раковинки и соли и считал, что битумы образуются в результате растворения моллюсков в морской воде.

В 1795 году Д. Хаттон писал в своей работе "Теория Земли", что нефть образуется в результате дистилляции угля или исходного для угля материала. Такого же мнения придерживался и русский академик В. М. Севергин, автор многих капитальных монографий по минералогии и естественной истории.

Вероятно, первой работой, которую можно назвать в современном плане геохимической, явилось исследование английского химика и минералога Ч. Гатчетта (1798 год), установившего, что битумы состоят из тех же элементов, что и растительные масла, смолы и животные жиры, и образуются в результате сгущения нефти, а нефть образуется из захороненного вещества растительного и животного происхождения. Он считал, что существует единый ряд: нефть - мальта - минеральные смолы - асфальт - гагат - ископаемый уголь, каждый последующий член которого отличается от предыдущего потерей водорода и повышением количества свободного углерода.

Немецкий путешественник и ученый А. Гумбольт, изучавший вулканы как западного, так и восточного полушарий, предположил, что нефть, выходы которой он наблюдал у северного побережья Венесуэлы (в заливе Кариако вблизи Кумани), представляет собой "продукт перегонки на громадных глубинах". Основанием для такого предположения послужила приуроченность этих проявлений к "слюдистому сланцу", а также запах нефти во время извержений Этны и Везувия.

Однако, выдвигая это предположение, А. Гумбольт не отрицал возможности образования нефти из органических веществ растительного или животного происхождения или даже из каменных углей в соответствии с "идеей Гатчетта". Наблюдая сольфатарную, связанную с лавовым вулканизмом, и грязевулканическую деятельность, А. Гумбольт, несмотря на внешнее сходство этих двух типов проявлений, уловил между ними принципиальную разницу[7].

Правильность этого предположения подтвердилась через 150 лет.

А. Гумбольт одним из первых высказал мысль о том, что извержения вулканов является результатом не подземных пожаров и горения каких-то веществ внутри Земли, а представляют результат "противодействия внутренности планеты ее внешней коре" [там же, с. 372] и неоднократно подчеркивал, что "нефтяные ключи, по-видимому, совершенно независимы от настоящих огнедышащих гор, извергающих растопленные вещества".

Почти одновременно с А. Гумбольтом, в 1811 году, а острове Тринидад проводил геологические исследования английский геолог Н. Нагинт. Обнаружив на острове много нефтепроявлений и асфальтовых озер и на пляжах огромное количество растительных остатков, приносимых рекой Ориноко с континента, Н. Нагинт высказал предположение о том, что "приносимые рекой растительные остатки захороняются в море и..., подвергаясь химическим изменениям благодаря теплу, возникающему при землетрясениях и вулканической деятельности, преобразуются в нефть".

Интересно, что значительно позже, в 1860 году, растительные остатки на этом острове рассматривались Ж. П. Уоллом как источник "асфальта".

В тридцатых годах XIX столетия известный немецкий исследователь Леопольд фон Бух, изучая верхнелейасовые битуминозные сланцы Швабии, обратил внимание на то, что они переполнены отпечатками раковин, и высказал предположение об образовании битумов из остатков организмов.

Немецкий химик К. Райхенбах в 1834 году провел перегонку каменного угля с водой и получил 0,0003% масла, очень похожего на скипидар и на нефть Италии. На основании этого он предположил, что нефть "представляет собой скипидар доисторических пиний (итальянских сосен), находилась в углях в готовом виде и выделялась из них под действием теплоты Земли". Ископаемые же угли, по мнению К. Райхенбаха, не подвергались действию высокой температуры, так как в противном случае из них "улетучились" бы все масла.

Ряд исследователей, использовав результаты экспериментов К. Райхенбаха, пришли к иным выводам. Так, французский ученый К. Фурие, наблюдая в Вогезах среди среднетриасовых и нижнеюрских известняков битуминозные разности и битумы в различных рудных жилах и термальных водах, выходы которых были приурочены к гранитам, пришел к заключению о возможности образования нефти из ископаемых углей и поступления ее с больших глубин.

Другой французский исследователь П. Т. Вирле в 1834 году также на основании результатов экспериментов К. Райхенбаха пытался доказать вулканическое происхождение нефти. Рассчитав количество угля (17,4 млн. т), которое, исходя из данных К. Райхенбаха, необходимо для образования нефти, поступающей в источник на острове Занте со времен Геродота (2300 лет), П. Т. Вирле заключил, что такого количества угля не содержат все залежи Англии. (Теперь наличие 17,4 млн. т угля не представляется нереальным!) Он указал также, что в других географических пунктах, таких как Баку, на поверхность поступает намного больше нефти, и "для ее образования не хватило бы ископаемых углей всего земного шара". Вторая группа аргументов сводилась к перечислению случаев нахождения нефтепроявлений в районах современных вулканов и выходов магматических пород (Везувий, Этна, Оверни и др.). Наконец, третья группа аргументов основывалась на связи между нефтепроявлениями и грязевыми вулканами, которые П. Т. Вирле считал обычными вулканами.

Несмотря на то что в русской геологической литературе большинство авторов разделяли взгляды М. В. Ломоносова на происхождение нефти из остатков растений или ископаемых углей, некоторые ученые ставили под сомнение эти представления. Так, А. Л. Ловецкий (1830 год), относивший "горное масло" к веществам органического происхождения, все же сомневался в возможности образования его из любого растительного вещества и под влиянием только "подземного огня". "Но всякий ли турф к тому способен или только тот, который образовался из растений смолистых? И притом, силою ли подземного огня он образуется? Или действием внутреннего брожения самого турфа?"

Б. А. Калитиевский (1830 год) считал, что органическое вещество как растительного, так и животного происхождения дает "уголь и смолу".

Известный французский физик Ж. Б. Био, установивший в 1815 году закон вращения плоскости поляризации света, в 1835 году определил, что таким свойством обладают нефть и нефтепродукты. К сожалению, это открытие было забыто, и только спустя более чем 70 лет, русский химик П. И. Вальден использовал эту информацию как доказательство органического происхождения нефти.

Некоторые исследователи меняли свои взгляды на происхождение нефти. Так, Д. И. Соколов в учебнике, изданном в 1832 году, писал, что "в некоторых вулканах образуется оно ("горное масло".- М. К.) процессом медленной возгонки во время спокойного состояния их". Однако в учебнике, изданном в 1842 году, он уже высказал мысль о том, что "нефть и горная смола и горючий газ" образуются при "медленном разложении каменного угля внутренним жаром Земли".

Американский геолог С. П. Хильдрет, наблюдавший нефть в угленосных и соленосных слоях, в 1836 году пришел к выводу об ее образовании в более древних слоях в результате разложения растительности.

Немецкий палеонтолог К. Ж. Эренберг в 1839 году открыл в мезозойских и, возможно, третичных отложениях микроскопические остатки диатомовых водорослей, которые он назвал "источниками битумов и асфальта". В это же время немецкий геолог Ф. Квенштедт считал, что нефть образуется в результате разложения остатков животных.

В 1839 году английский геолог Р. И. Мурчисон, обобщая материалы по силурийским отложениям Англии, пришел к выводу о том, что линзы "асфальта", встречающиеся в известняках этой системы, "образовались через выделение смолистых частиц из среды самого известняка при оплотнении его".

Через пять лет после этого, в 1844 году, русский геолог А. Д. Озерский, изучая силурийские отложения Эстонии, отметил наличие линзочек и жилок "асфальта" в пластах песчанистого и сливного известняка. Учитывая горизонтальное залегание пород и отсутствие битумов в подстилающих известняках, он пришел к заключению, что образование этих включений нельзя объяснить "сгущением газоотделений недр земных и всего вероятнее приписать его выделению из органических тел, погребенных в этих песчанистых и верхних слоях известняка". Однако поскольку данные осадки вообще бедны остатками организмов, автор должен был предположить, что "может быть, тогда обитали мягкотелые животные, не оставившие никаких явственных следов своего существования".

В 1842 году английский геолог И. У. Байнней обратил внимание на наличие нефти в торфяных болотах, которое он считал связанным с преобразованием торфа.

В 1846 году С. В. Протт и несколько позже (в 1856 году) Д. Паран обнаружили в южной части Франции выходы асфальтов, расположенные вблизи обнажений магматических пород, на основании чего они высказали предположение об образовании асфальта в результате перегонки "горючего вещества", содержащегося в нижнемеловых и каменноугольных отложениях.

Изучая пермские отложения Приуралья и наблюдая широкое распространение в них серы, битумов и меди, Р. И. Мурчисон (1847 год) пришел к выводу о том, что эти вещества "выделялись из минеральных родников во время вулканической деятельности в Уральских горах и пропитывали осадки"[8].

Русский геолог Р. А. Пахт (1856 год) считал, что асфальт, содержащийся в виде включений в известняках пермского возраста, не мог образоваться из органического вещества животного происхождения, так как содержащееся в нем количество азота незначительно. Этот аргумент и позже являлся основным доводом противников образования нефти из органического вещества животного происхождения.

Профессор Петербургского университета С. С. Куторга в своем учебнике, изданном в 1858 году, утверждал, что "масла и смолы, за исключением янтаря, представляют в полном смысле новые продукты разложения растений и, вероятно, также частью животных, произведенные действием высокой подземной температуры, или, как говорится, дистиллировкою".

Пожалуй, самым интересным было предположение, высказанное в 1859 году американским ученым Д. С. Ньюбсрри. Изучая нефтеносные отложения северо-востока США, он пришел к выводу о том, что нефть образуется из битуминозных пород, в свою очередь формировавшихся из осадков, обогащенных органическим веществом. При этом процесс нефтеобразования развивается при сравнительно низких температурах.

Обобщая существовавшие в течение рассматриваемого этапа представления о происхождении нефти, следует отметить, что среди них преобладало представление об образовании нефти из растительных остатков.

Однако высказывались и другие предположения о происхождении нефти: в результате преобразования мягких частей живых организмов, из битуминозных пород, при вулканических извержениях. Особо следует отметить впервые высказанное в 1859 году Д. С. Ньюберри предположение об образовании нефти из обогащенных органическим веществом пород при сравнительно низких температурах.

Анализируя аргументацию, приводимую в доказательство правомерности перечисленных представлений, нетрудно заметить, что в основном она сводилась к информации о геологических условиях, в которых наблюдались нефтепроявления: встречая их вблизи пластов ископаемых углей, считали, что нефть образуется из углей, наблюдая нефтепроявления недалеко от лавовых вулканов, связывали нефтеобразование с вулканами, встречая включения битумов в слоях, изобилующих остатками и отпечатками организмов, считали источниками этих битумов мягкие части организмов.

Использовались и другие критерии для установления происхождения нефти. Некоторые исследователи, обнаружив нефть вблизи морей, связывали ее происхождение с морем, другие же, наоборот, считали, что Нефть, стекая в море, придает морской воде "горечь".

Наконец, третьи, обнаружив нефть у подножий гор, полагали, что нефть образуется в горах. Находились авторы, которые связывали генетически нефть и пирит, нередко встречающийся в битуминозных породах.

Анализируя ретроспективно причины появления различных предположений об условиях происхождения нефти, нетрудно заметить, что, хотя большинство исследователей и признавало тезис о возможности ее миграции далеко от "места рождения", все же, как правило, решали этот вопрос в связи с условиями нахождения нефти, нередко принимая следствие за причину.

III этап (1860-1905 годы) в истории развития представлений о происхождении нефти и углеводородных горючих газов характеризовался наибольшим "разбродом" идей, что в определенной степени было связано и с расширением географии нефти, и с наличием множества разнообразных представлений в теоретических вопросах геологии, и с началом развития органической химии, и с другими факторами. Так, в частности, борьба между "нептунистами", "плутонистами" и "катастрофистами" в геологии определенным образом повлияла и на борьбу идей о происхождении нефти и углеводородных газов.

Также сложно и неоднозначно влияло на представления о происхождении нефти развитие химии, особенно органической: с одной стороны, существенно расширилась информация о составе нефти, о входящих в нее химических соединениях, с другой стороны, широко проводились эксперименты по синтезу различных органических соединений.

После гениальных работ А. Л. Лавуазье стали понятны основные реакции, происходящие в "неорганическом мире". В отношении же химических реакций в живой природе существовало представление, что они не подчиняются выявленным законам и развиваются под влиянием особой "жизненной силы". Развитию этого представления способствовали работы знаменитого шведского химика и минералога И. Я. Берцелиуса (1779-1848 годы).

Однако после того как немецкий химик В. Велер синтезировал мочевину, а русский химик А. М. Бутлеров в 1861 году осуществил синтез сахаристых веществ, резко изменились представления о химических реакциях, приводящих к образованию органических веществ. Стало "модным" представление о возможности синтеза в любых органических соединений из неорганических веществ. Поэтому, когда в 1860 году М. Бертло сначала теоретически, а затем и экспериментально доказал возможность образования ацетилена (С_2Н_2) при взаимодействии щелочных металлов, углекислоты и паров воды, среди химиков стали распространяться представления о неорганическом происхождении нефти, а геологи-нефтяники придерживались в основном взглядов об органическом происхождении нефти.

Правда, в работе, посвященной результатам своих экспериментов, М. Бертло отметил, что он не оспаривает мнение геологов о происхождении нефти, но обращает внимание на возможность образования углеводородов из неорганических веществ, считая возможным доказательством этого наличие углеводородов в метеоритах.

Для того чтобы понять "истоки" этого предположения, остановимся коротко на деятельности его автора. Марселей Бертло[9] - крупнейший французский химик-органик - в отличие от Лавуазье считал, что целью ИЁИМИИ является не только "многократное разложение вела на простые и все более простые части, но и соединить разделенное, вновь создать разрушенное... Химия является настолько же наукою о синтезе".

До публикации своих предположений о происхождении нефти М. Бертло в течение 15 лет занимался исключительно синтезом органических соединений, в том после в течение десяти лет - синтезом углеводородов. В 1860 году он опубликовал двухтомную монографию по органической химии, в которой значительное место уделил синтезу углеводородов. В 1901 году М. Бертло обобщил все свои работы по углеводородам в трехтомной монографии, в которую не включил свои предположения о происхождении нефти.

Работы по синтезу углеводородов М. Бертло начал с ацетилена, он считал ацетилен "родоначальником" всех углеводородов. Несмотря на огромный вклад, внесенный в развитие органической химии, М. Бертло во многих вопросах был консервативен. Так, он в течение долгого времени являлся противником атомистической теории, стереохимии, периодической системы Д. И. Менделеева, осмотической теории растворов, теории электролитической диссоциации Аррениуса и т. д. Лишь в конце XIX столетия М. Бертло отказался от некоторых своих взглядов: формулы в духе атомно-молекулярной теории появились в его трудах только после 1897 года. Любопытно, что при этом М. Бертло считал: "Главная обязанность ученого не в том, чтобы пытаться доказать непогрешимость своих мнений, а в том, чтобы всегда быть готовым отказаться от всякого воззрения, представляющегося недоказанным, от всякого опыта, оказывающегося ошибочным".

Примером влияния общетеоретических геологических представлений на формирование взглядов по проблеме происхождения нефти являются работы Г. В. Абиха - одного из выдающихся геологов XIX века. Его представления о происхождении нефти двойственны. В 1861 году Г. В. Абих утверждал, что нефть и газ образуются на глубине и нефть двигается вверх благодаря газу. Он полагал, что нефть залегает в "системе резервуаров" и может быть извлечена из них с помощью колодцев, дебит которых зависит даже от ветра. С увеличением глубины колодцев от 18 до 27 м нефть исчезает, поэтому скважины, имеющие малый диаметр, окажутся неэффективными, а их дебит незначительным.

В более поздней работе (1863 год) Г. В. Абих указывал, что "углеводородные соединения... следует рассматривать как выделения из битуминозных сланцев и мергелей, имеющие место под влиянием высокой температуры и действия водяных паров". В то же время он считал, что битуминозные сланцы образуются из органического вещества растительного происхождения, которое "оказалось потерянным для образования угля, благодаря гидрохимическому метаморфозу, и большей частью превратилось в битуминозные вещества, удержанные в пластах давлением, при котором происходили эти превращения".

Являясь учеником А. Гумбольта и Л. фон Буха, теоретические основы своих взглядов Г. В. Абих (1861 год) формулировал следующим образом: "Я совершенно разделяю взгляды Гумбольта в теоретической части нынешней геологии, потому что не нахожу других, которые бы лучше сообразовались с прежними и теперешними фактами при изучении здешних стран... Занимался несколько лет уже геологическим изучением Кавказского Края, без всякого сомнения, самого богатого очевидными доказательствами истинности вулканического учения, которое одно удовлетворяет моему убеждению... Поднятие горных кряжей, с их трещинами и расселинами, наполнявшимися потом породами кристаллическими и минералами в виде неправильных рудных жил и залежей; группы и ряды вулканов действующих; группы и ряды вулканов потухших; извержения грязей - "грязные сопки"; истечение упругих жидкостей в том числе нефти.- М. К.); горячие источники минеральных вод, паров, газов и, наконец, землетрясения". " Г. В. Абих даже марганцевым рудам Чиатур приписал вулканическое происхождение.

В то же время, будучи весьма добросовестным исследователем, Г. В. Абих отмечал, что Шемахинское и Эрзерумское землетрясения в мае 1859 года, которые и связал с магматической деятельностью, не отразились на "состоянии бесчисленных пунктов извержения горючего газа, грязной жидкости, нефти и соленых вод, теплых и нетеплых" развитых в районах Баку, Сальян на островах Булла и Свиной. Г. В. Абих считал, что грязевулканическая деятельность в северо-западной и юго-восточной частях Кавказа является заключительной фазой вулканической деятельности, протекавшей в палеоген-неогеновое время. Основанием для этого вывода послужили, во-первых, наблюдения над "псевдовулканическими явлениями" в Исландии и Италии, проведенные Р. Бунзеном и другими, и, во-вторых, сходство состава продуктов извержения грязевого вулкана Кумани с магматическими породами.

Однако французский геолог X. Кокан, изучавший грязевые вулканы Румынии и Сицилии и литературу по грязевым вулканам Крыма и Апшеронского полуострова, в 1867 году пришел к выводу об отсутствии связи этих вулканов с магматическими. В то же время X. Кокан считал, что нефть образовалась на больших глубинах в результате синтеза, доказательством чего является наличие асфальтовых покровов в Сицилии и Баку.

Некоторые исследователи под влиянием новой информации меняли свои представления о происхождении нефти, в связи с чем меняли и рекомендации о том, где нужно искать нефть.

Так, Г. Д. Романовский, проводивший в 1864 году в районе Самарской Луки геологические наблюдения с целью поисков каменного угля, пришел к выводу, что включения и примазки асфальта в отложениях каменноугольного и пермского возраста, связаны с вулканической деятельностью, в процессе которой "выделялись пары минерального масла или прямо источники нефти...". Поэтому рекомендации его сводились к тому, что "поиски нефти будут удачными, если скважина попадет на путь, по которому просачивается нефть...".

Однако после того как Г. Д. Романовский провел геологические наблюдения в нефтегазоносных областях США в 1866 году, он пришел к заключению, что не только в этой стране, но и в России нефть и газ образуются из органического вещества при медленном нагревании. В соответствии с этим изменились рекомендации. Он советует при поисках "стараться достигнуть коренных его ("горного масла".- М. К.) месторождений, кои должны оказаться в известковых или песчаных слоях, богатых органическими остатками, или же в каких-либо горючих глинистых сланцах". В 1868 году, Г. Д. Романовский писал: "Поэтому я вполне уверен, что в Самарской губернии под пермскими песчаниками непременно заключаются бассейны жидкой нефти или горного масла и углеводородистые газы".

В 1866 году в Саргассовом море были обнаружены огромные массы водорослей, что привело американского исследователя Л. Леккере к предположению о том, что водоросли представляют исходный материал для образования нефтей.

Р. Н. Мурчисон (1872 год), наблюдавший битумопроявления в отложениях кембрия, силура, девона и карбона, затруднялся объяснять условия образования их в самых древних отложениях и стал искать выход. Он писал, что "если эти вещества (битумы.- М. К.) образуются из материала растительного или животного происхождения, то надо признать наличие их в указанных осадках". Что касается источников нефти в более молодых отложениях, то этот автор определял их дифференцированно, в зависимости от наличия типов организмов в осадках: например, в каменноугольных - растительные, в силурийских - граптолиты, в девонских - рыбы, в палеоген-неогеновых - растительные и животные и т. д. В результате Р. Н. Мурчисон пришел к весьма важному выводу: "...если в древних морских осадках есть хотя бы следы организмов, особенно водорослей, в них должны быть небольшие количества нефти".

По мере расширения геологических исследований в нефтегазоносных слоях отдельных регионов были выявлены отпечатки или остатки организмов. С преобразованием этих остатков связывали образование нефти. Так, многие исследователи (в 1863-1875 годах американский геолог Т. С. Хант, в 1892 году латышский геолог Ж. А. Бертельс, изучавший нефтеносные отложения Кубани) считали источником нефти мягкие части моллюсков. Американские геологи и палеонтологи, (изучавшие нефтегазоносные отложения Калифорнии (в 1865 году Д. Д. Уитни и др.) продолжали считать источником нефти диатомовые водоросли. Исследователи, которые обнаруживали в битуминозных отложениях отпечатки рыб (в 1866 году англичанин М. Роуф, в I 1881 году А. Кройтц, наблюдавшие отпечатки рыб в нефтеносных отложениях Карпат), считали их остатки источником нефти.

Эту точку зрения, казалось бы, подтверждали наблюдения над современными осадками в разных морях. Так, при увеличении солености вод в мелких заливах Красного моря до 7,3 % по данным Е. Зикенберга (1891 год) погибают организмы, "которые и дают углеводороды". К такому же заключению пришли и участники Австро-Венгерской экспедиции, изучавшей современные осадки восточной части Средиземного моря.

После М. Бертло на протяжении всего рассматриваемого этапа и даже позже многими химиками были предложены и лабораторным путем проверены различные реакции образования углеводородов. Так, в 1871 году французский химик Г. Бюассон, действуя на нагретое до белого каления железо водяными парами, углекислотой и сероводородом, получил нефтеподобное вещество. Шестью годами позже немецкий химик С. Клоэц получил такие же продукты при действии серной кислоты на зеркальный чугун, содержащий примесь марганца, а спустя еще год те же соединения образовались при действии кипящей воды на более богатое марганцем углеродистое железо.

Первым в истории наиболее полно изложил и обосновал представления о неорганическом происхождении нефти Д. И. Менделеев в начале 1877 года.

"Минеральная гипотеза" происхождения нефти Д. И. Менделеева (1877 год).

Впервые свои взгляды на происхождение нефти Д. И. Менделеев изложил на заседании Русского химического общества 13 января 1877 года. До этого он считал, что нефть образуется при действии вулканических сил на остатки организмов. Свою новую точку зрения Д. И. Менделеев обосновал следующими аргументами:

1. Выходы нефти на поверхность свидетельствуют о стремлении ее к восходящим движениям, что связано с ее меньшей по отношению к воде плотностью. Следовательно, "место образования нефти должно лежать ниже тех мест, где она содержится".

2. Если бы нефть происходила из организмов, то в местах ее скопления должны были быть "угольные остатки".

3. Нефть в Пенсильвании встречается в породах девона и даже силура, в которые она должна была подняться из более древних отложений. Если учесть, что по представлениям того времени в силурийский период организмов были немного, то в более древние эпохи они совсем должны были бы отсутствовать.

4. При горообразовании образуются разломы ("надломы с внутренней стороны"), по которым вода проникает вглубь и, вступая во взаимодействие с "углеродистым металлом", дает окислы и предельные углеводороды, которые "в парах восходят до таких слоев, где сгущаются, и пропитывают рыхлые пески, способные удержать много маслообразных веществ".

5. Подтверждением правильности данной точки зрения являются "распределение нефти по прямым линиям или дугам больших кругов, связь ее с вулканизмом" и др.

Д. И. Менделеев отмечал[10]: "Нельзя ограничиться в вопросах, подобных рассматриваемому, одним указанием на недостаточность данного представления - необходимо поставить на место него какое-либо другое. Тогда можно выбирать и, если дойдет дело до выбора: - понимание возрастает, предмет рассмотрения уясняется".

В заключение он писал: "Если нефть не может сметь происхождения органического, то надо подыскать другое объяснение для ее генезиса". Говоря о том, что знание происхождения нефти необходимо для определения направления поискового бурения на Кавказе, он отмечал: "Если органическая гипотеза справедлива, то южно сказать, что те места неизвестны; если же минеральная гипотеза справедлива, то от богатых источников надо рыть по тому направлению, по которому тлеется хребет Кавказских гор".

Нельзя не отметить, что Д. И. Менделеев как настоящий ученый не считал, что он окончательно решил Данную проблему. В предисловии к своей книге он прямо указывал: "Вопрос совсем еще не ясен, никто и нитке о нем не говорит с определенностью, а потому для меня он был особенно интересен. Если я выставляю со своей стороны гипотезу образования нефти, то думаю при этом, что лучше нечто цельное, чем ничего. Таково свойство науки. Кому не понравится мое представление, тот подумает, пороется, может быть, сделает наблюдения и даст что-нибудь лучшее. Дело понимания тогда выиграет, а от него и практика".

Анализируя минеральную гипотезу Д. И. Менделеева, нельзя не отметить ее обоснованность аргументами, которыми располагала наука в то время. Действительно, ни для Апшеронского полуострова, ни для Пенсильвании никак не подходили представления об образовании нефти непосредственно из растительных остатков или из ископаемых углей. Для тех районов нельзя было принять и представлений об образовании нефти вследствие вулканической деятельности, поскольку в них не было и следов этой деятельности. Нефтяные месторождения в данных регионах были известны в основном только вдоль Кавказских и Аппалачских гор. И, наконец, по существовавшим в то время представлениям, Жизнь на Земле началась только с кембрийского периода.

Теперь же хорошо известно, что нефтяные месторождения в этих регионах распространены далеко от указанных хребтов, а организмы появились на Земле почти на 3 млрд. лет раньше, чем считали во времена Д. И. Менделеева. Вот почему можно не сомневаться в том, что, если бы Д. И. Менделеев располагал современной информацией, он ни за что не выдвинул бы своей "минеральной гипотезы".

Следует отметить, что появление "минеральной гипотезы" Д. И. Менделеева не внесло успокоения в умы всех занимающихся нефтяной геологией, а в определенной степени даже способствовало новой вспышке дискуссий о происхождении нефти. При этом данная гипотеза подверглась критике со стороны химиков и геологов: как сторонников органического происхождения нефти, так и сторонников ее неорганического происхождения. С критикой этой гипотезы выступили профессор Московского университета К. И. Лисенко в своей книге, опубликованной в 1878 году, а позже геологи В. Д. Соколов, Г. Гёфер, химики К. В. Харичков, К. Энглер и др.

В печати многих стран продолжалась публикация статей, в которых авторы предлагали различные варианты образования нефти как непосредственно из органического вещества растительного происхождения, так и из ископаемых углей. Английский исследователь К. Вуж в 1866 году высказал предположение об образовании нефти из морских водорослей, захороняемых в огромных количествах аналогично наблюдаемым в настоящее время в Саргассовом море.

В то время как Д. И. Менделеев, разрабатывая гипотезу неорганического происхождения нефти, использовал результаты экспериментов французских химиков, американские и немецкие химики . проводили опыты, подтверждающие органическое .происхождение нефти. В 1865 г. американцы К. Уоррен и Ф. Сторер получили из рыбьего жира путем дистилляции смесь углеводородов. Немецкий химик К. Готтлиб в 1875 году при перегонке высших жирных кислот получил углеводороды, среди которых были такие же, как и в американской нефти.

Под влиянием работ Г. Гёфера немецкий химик К. Энглер в 1888-1900 годах провел серию экспериментов по нагреванию рыбьего жира до температуры 320 °С и повышенном давлении, в процессе которых в полученных погонах обнаружил предельные (пентан, гексан, гептан, октан и нонан) и непредельные углеводороды. На основе информации об отсутствии растительных остатков и угля во многих месторождениях и наличии отпечатков и раковин организмов К. Энглер пришел к выводу об образовании нефти из остатков животных организмов. Источником углеводородов он считал жирные кислоты. Несколько позже, в 1900 году, К. Энглер признал возможность образования нефти из органического вещества диатомовых водорослей, но отрицал вероятность образования ее из наземной растительности.

В 1886 году К. Энглер в результате анализа информации по нефтяным месторождениям Апшеронского полуострова пришел к заключению, что, хотя нефть и содержится в "послетретичных образованиях" и существуют "грязевые вулканы", которые как будто бы лучше соответствуют "менделеевской теории", все же нефть имеет органическое происхождение.

Выступая в 1890 году на съезде немецких натуралистов в Бремене, К. Энглер подверг критике гипотезы органического происхождения нефти.

В 1889 году русский геолог В. Д. Соколов на заседании Московского общества испытателей природы выступил с докладом, в котором доказывал космическое происхождение нефти и других битумов. Сущность этой гипотезы автор кратко формулировал следующим образом: "1) Запасы углерода и водорода в небесных телах громадны. 2) Образующиеся из них углеводороды, возникая при одинаковых космических условиях, появляются в составе небесных тел в очень ранние стадии их индивидуального развития. 3) На Земле они возникли тем же путем, как и на других небесных телах, образовав собою определенный запас, впоследствии в значительной степени поглощенный магмой. 4) При дальнейшем охлаждении и уплотнении магмы заключенные в ней углеводороды выделялись и продолжают выделяться по трещинам, возникающим в литосфере путем дислокаций. 5) Подвергаясь конденсации в поверхностных частях нашей планеты, они дают основной материал для образования битумов".

Интересно проследить, чем же обосновывал свою "гипотезу" В. Д. Соколов? Первый аргумент заключался в том, что, по заключению автора, месторождение битумов не зависит ни от широты, ни от гипсометрии, ни от геологического возраста, ни от состава и обилия органических остатков, а определяется только пористостью и трещиноватостью горных пород. А так как трещиноватость пород зависит от их дислоцированное, то "месторождения битумоидов должны быть тесно связаны с направлением дислокаций".

Вторым аргументом являлась несостоятельность всех вариантов гипотез органического и неорганического происхождения нефти. В частности, битумы не могут образоваться ни на поверхности в виде осадка, ни на глубине, так как "в глубинах земли нет необходимых запасов органических веществ, через переработку которых могли бы возникнуть битумы, за исключением разве углистых веществ". И, наконец, этим путем нельзя объяснить происхождение космических битумов.

В. Д. Соколов критиковал "минеральную" гипотезу Д. И. Менделеева, аргументируя ее несостоятельность отсутствием неокисленных металлов в центре планеты и отсутствием возможности проникновения к ним поверхностных и, особенно, соленых вод.

В качестве положительных аргументов В. Д. Соколов выдвигал факт выделения углеводородов в определенной стадии извержений Везувия в 1855 году и Этны в 1868 году, а также наличие битумов в лавах, массивных горных породах, а также в космических телах.

В. Д. Соколов заранее отводил возражение, основанное на том, что "битумы редко встречаются в зонах интенсивной вулканической деятельности", указывая на возможность сгорания и улетучивания углеводородов при извержениях.

В 1893 году заведующий аналитической лабораторией при Грозненском нефтеперегонном заводе К. В. Харичков считал, что работы К. Энглера решили проблему происхождения нефти. Он писал: "Этими интересными опытами была обоснована теория происхождения нефти... жиры совокупным действием давления и жара или одного давления кислорода и превратились в нефть". Он считал, что открытие Г. Дикгором в "искусственной нефти" туменнол-сульфона, который обнаружен в естественной нефти, подтверждает правильность выводов К. Энглера. Однако три года спустя К. В. Харичков изменил свои взгляды и в 1896 году критиковал различные гипотезы происхождения нефти, в частности гипотезу К. Энглера.

Анализируя гипотезу В. Д. Соколова, К. В. Харичков заключил, что она не имеет конкретного подтверждения. Будучи учеником Д. И. Менделеева, К. В. Харичков очень осторожно критиковал гипотезу минерального происхождения нефти. Он отметил, что при высоких температурах, которые имеются в столь глубоких горизонтах, "нефть в состоянии разложиться на основные элементы: водород и уголь, в чем и кроется слабая сторона теории".

К. В. Харичков провел эксперименты, нагревая чугунные опилки с разными кислотами, с серной кислотой В растворами солей магния и натрия. При этом были получены газообразные и жидкие углеводороды, водород, графит и "капли маслянистой жидкости".

К. В. Харичков пришел к выводу о том, что соли, содержащиеся в морской воде, действовали на карбиды металлов и образовали нефть. При этом "потреблялась" и сама вода: "водород идет на синтез углеводородов, а кислород соединяется с металлом, образуя кислы". Этот процесс проходит медленно, в течение целых геологических эпох, и "им обусловливаются всевозможные изменения горных пород и рельефа земной поверхности".

Интересно, что немецкий геолог С. Нойбергер, используя критерии К. В. Харичкова, выдвинутые последним в 1893 году, в период ранних воззрений (1901 год), считал, что нефти Алжира и других регионов образовались из вещества животного происхождения. Подобной точки зрения придерживались геологи, изучавшие нефтеносность многих регионов мира,- К. Фраас, обнаруживший кораллы и другие остатки организмов в битуминозных слоях в Египте, Ч. Кнар в Швейцарии (1868 год), У. К. Морган и М. К. Таллмон, обнаружившие битум в ископаемом яйце в Аризоне в 1904 году. К такому же выводу пришел в 1894 году ведущий химик-нефтяник Калифорнии Д. Р. Пекгэм.

В то же время были и сторонники образования нефти из органического вещества как животного, так и растительного происхождения: американский геолог Э. Ортон, изучавший в 1889-1899 годах нефтегазоносность палеозойских отложений США, Ж. П. Уолл, наблюдавший нефтеносные отложения острова Тринидад, и др.

Существенное значение для решения проблемы происхождения нефти имела работа крупного немецкого ботаника Г. Потонье. Этот исследователь сначала занимался ботаникой, затем только палеоботаникой, и, наконец, стал изучать продукты захоронения органического вещества растительного и животного происхождения в озерах и мелких заливах. После детальных исследований органического вещества "гнилостного ила - сапропеля" в 1905 году Г. Потонье пришел к выводу, что при разложении этого вещества без доступа кислорода происходит битуминизация, в результате которой повышается содержание углерода и водорода за счет потерь кислорода, азота и серы и появляются парафиновые и нафтеновые углеводороды. И хотя в этой работе Г. Потонье не касается происхождения нефти, другие исследователи оценили важность этого открытия.

В самом конце рассматриваемого этапа, в 1903-1905 годах, канадский геолог Ю. Кост предпринял попытку возродить представление о глубинном происхождении нефти. Поскольку основные работы и доклады Ю. Кост а относятся к более позднему времени, на существе его представлений мы остановимся ниже.

Подводя итог развитию представлений о происхождении нефти в течение третьего этапа, следует еще раз подчеркнуть "разброд идей": наряду с геологическими наблюдениями и экспериментами, подтверждающими как животное, так и растительное органическое происхождение нефти, имелись геологическая и химическая информация, а также результаты экспериментов, которые как будто бы подтверждали представления о ее неорганическом происхождении. При этом как одна, так и другая противоположные точки зрения опровергались как будто бы вескими аргументами.

В немалой степени на популярность предположений и гипотез влиял авторитет выдвигающих их ученых. Так, популярность представлений о неорганическом происхождении нефти во многом была обусловлена тем, что их разделяли Д. И. Менделеев и Г. В. Абих. По этой причине многие даже очень крупные исследователи "е могли присоединиться ни к той, ни к другой точке зрения. Показательна позиция такого крупного исследователя Дкак Р. И. Мурчисон. С одной стороны, геологические наблюдения заставляли его считать, что нефть образовалась из органического вещества, с другой стороны, он не мог не считаться с представлениями такого крупного исследователя, каким был Г. В. Абих, поэтому не случайно свои представления Р. Мурчисон начинал излагать со слова "если". Следует особо подчеркнуть "исключительную прозорливость Р. И. Мурчисона, который заметил, что, если нефть имеет органическое происхождение, то ее следы должны быть в каждой породе морского генезиса. Этот вывод подтвердился через 80 лет! Неоднозначность решения проблемы происхождения нефти отражалась в учебниках и различных сводках по геологии.

Крупнейший русский геолог А. А. Иностранцев в своем курсе геологии не мог не привести гипотезу Д. И. Менделеева и возражения великого химика против гипотезы органического происхождения нефти, но А. А. Иностранцев не мог и не видеть слабых геологических сторон "минеральной" гипотезы.

Автор ряда монографий В. И. Рогозин в 1884 году не имел своей точки зрения на происхождение нефти и добросовестно изложил все существовавшие предположения и гипотезы. Но в 1898 году он присоединился к точке зрения К. Энглера, считая, что она лучше других объясняет наблюдаемое разнообразие нефтей.

О трудности для геолога-практика определить правильность той или иной гипотезы свидетельствует и публикованная в 1905 году статья геолога А. П. Иванова, считавшего все предложенные гипотезы недостаточно обоснованными, вследствие чего нельзя было дать предпочтения ни одной из них.

Однако все же в течение третьего этапа были высказаны предположения, которые впоследствии блестяще подтвердились. В первую очередь это относится к представлениям Г. Потонье, Р. Мурчисона и других. Ретроспективно становится понятным, что в течение описываемого этапа достаточно обоснованная гипотеза и не могла быть разработана, так как в то время не было необходимой геологической информации об условиях залегания нефтей, их составе и, наконец, о распространении и составе органического вещества в литосфере. Вместе с тем отдельные исследователи достаточно близко подошли к решению этой проблемы.

Анализ истории разработки проблемы происхождения нефти в течение рассматриваемого этапа позволяет сделать и еще один важнейший вывод, заключающийся в том, что информации об условиях залегания нефти в отдельных районах и месторождениях или о результатах лабораторного моделирования отдельных процессов образования некоторых углеводородов не может быть достаточно для решения проблемы, поскольку нефть, как отмечалось, является весьма сложным комплексом огромного количества соединений и отличается исключительной подвижностью. Таким образом, существовавший в рассматриваемый этап "разброд" представлений о происхождении нефти был закономерен: он обусловливался, с одной стороны, успехами органической химии, с другой - недостаточностью имеющейся информации о распространении и составе органического вещества горных пород, нефти и углеводородных газов.

IV этап (1906-1931 годы). В течение этого этапа резко преобладали представления об органическом происхождении нефти. Лишь единичные исследователи пытались возрождать представления о неорганическом происхождении нефти, но эти попытки обычно не имели успеха. Как правило, большинство геологов считало, что нефть образуется из органического вещества, накапливавшегося в морских осадках в больших количествах в результате массовой гибели преимущественно животных организмов.

В течение рассматриваемого этапа продолжалось расширение географии нефти. Были открыты нефтяные месторождения в новых регионах Советского Союза: в Волго-Уральской области, на Украине, на Северном Сахалине и др.

Весьма важными оказались открытия нефтяных месторождений в некоторых странах Ближнего и Среднего Востока (Иране, Ираке, Бахрейне и др.) на юге Азии (в Бирме, Сараваке, Брунее), в Южной и Центральной Америке (Венесуэле, Бразилии, Тринидаде, Боливии, Колумбии, Эквадоре), в Северной Америке (Мексике, различных провинциях Канады и разных штатах США), в Северной Африке (Алжире, Марокко и Египте), а также во многих странах Европы, нефтепроявления в которых были известны еще до нашей эры (в Албании, Австрии, Чехословакии, Югославии и др.).

Общее количество добываемой в мире нефти к 1929 году возросло до 207 млн. т и лишь несколько снизилось во время экономического кризиса 1930-1933 годов (в 1932 году составило 176 млн. т).

Геологический материал по открываемым новым нефтеносным регионам довольно часто как будто бы подтверждал представление об образовании нефти в отложениях, содержащих остатки огромных масс организмов преимущественно животного происхождения. Существенное влияние на формирование таких представлений сказала вышедшая в 1909 году монография химика К. Энглера и геолога-нефтяника Г. Гёфера, в которой авторы обосновывали происхождение нефти из остатков животных организмов как геологическими, так и химическими аргументами. Многие исследователи продолжали связывать образование нефти в Калифорнии с остатками диатомовых водорослей. Результаты исследований этого объекта, произведенные в 1927 году коллективом американских ученых под руководством Л. X. Бекинга по специальной программе, явились основанием для предположения об образовании углеводородов непосредственно в живых организмах.

Однако большое значение имело высказанное в 1906 году русским ученым Г. П. Михайловским предположение, согласно которому нефть образуется из рассеянного органического вещества смешанного животного и растительного происхождения, захороняемого с быстро накапливающимися глинистыми осадками на дне преимущественно морских водоемов. По мере погружения это органическое вещество битуминизируется с участием сначала микроорганизмов, а затем минеральных солей под влиянием повышающихся давлений и температур. В процессе складчатости нефть попадает из глинистых пород в песчаные.

Советский геолог К. П. Калицкий в 1923 году выдвинул предположение (которое он защищал более 20 лет) о том, что залежи нефти образуются из морских водорослей (зоостера) в местах скопления последних.

В конце описываемого этапа были предприняты крупные исследования, в определенной степени подтвердившие представления об органическом происхождении нефти. Советский академик А. Д. Архангельский в результате изучения органического вещества, содержащегося в нефтеносных отложениях Северного Кавказа и современных осадках Черного моря (в 1925-1927 годах), пришел к выводу о том, что нефть образуется из органического вещества, заключенного в глинистых породах, которые в значительном количестве накапливались в морских бассейнах в условиях сероводородного заражения.

За рубежом широкие исследования были предприняты большим коллективом американских ученых под руководством П. Траска, изучавшего органическое вещество пород многих нефтеносных районов США и современных осадков морей и океанов. В результате этих исследований были сделаны выводы, сходные с выводами А. Д. Архангельского.

Лишь единичные исследователи продолжали "исповедывать" неорганическое происхождение нефти. В России продолжал опыты по синтезу "нефтеподобных" веществ из неорганических соединений грозненский химик К. В. Харичков. Химик Н. М, Кижнер пытался возродить представления Д. Л. Соколова, геолог Э. А. Штебер, исследовавший грязевые вулканы Кавказа, принимал за основу представление А. Гумбольта об образовании нефти при извержении вулканов.

За рубежом гипотезу Д. И. Менделеева в 1908 году пытался возродить американский геолог Д. Т. Дэй. Активно пропагандировал "вулканическую" гипотезу происхождения нефти канадский геолог Ю. Кост, который обосновывал свои представления в основном наличием месторождений и проявлений нефти в районах современных вулканов и развития древних вулканических пород, а также приуроченностью нефтяных месторождений Канады к "линиям трещиноватости". В 1915 году в поддержку этого представления выступил мексиканский геолог Е. Ордонец. Однако аргументацию Ю. Коста оспаривали многие геологи - Г. П. Михайловский, Г. Гёфер и др.

Следует отметить, что в настоящее время совершенно очевидна ограниченность информации тех лет о распределении нефти в Канаде: в действительности наиболее крупные залежи нефти приурочены к ископаемым рифам девонского возраста.

Американский геолог К. Уошбэрн считал (1914 год), что долевой состав нефтяных месторождений указывает на их образование за счет "эманации" из магматических очагов, а У. Рамсей (1923 год) полагал, что никель, медь и другие металлы являлись катализаторами при синтезе углеводородов.

Создатель геохимии - академик В. И. Вернадский рассматривал решение проблемы происхождения нефти в аспекте влияния биосферы на процессы, развивающиеся в земной коре. В 1927 году он писал: "Мы должны считать нефти фреатическими минералами, образующимися, по-видимому, вне биосферы, но связанными с живым веществом. Организмы, несомненно, являются исходным веществом нефтей; возможно участие анаэробных бактерий и при их синтезе. Нефти не могут содержать сколь-нибудь значительных количеств ювенильных углеводородов"[11].

В 1925 году советский химик Г. Л. Стадников пытался создать "гибридную" гипотезу происхождения нефти, согласно которой нефть образуется из захороненного растительного детрита благодаря привносу глубинного водорода.

В рассматриваемый этап преимущественно американскими исследователями были проведены разнообразные исследования, в том числе и экспериментальные, с целью выяснения влияния основных факторов на преобразование органического вещества в сторону нефти и миграции последней из глинистых пород в коллекторы. В результате, так же как и в предыдущие этапы, появились разные представления о причинах развития указанных процессов. Так, в 1921 году Д. Уайт считал основным фактором, вызывающим преобразование органического вещества в нефть, динамическое давление, действующее во время складкообразования. На основе обобщения материала по нефтегазоносности он даже установил коэффициенты, согласно котором по элементному составу углей можно прогнозировать наличие нефти или только газа.

В 1925 году Ф. М. Ван Таил и К. Д. Блэкборн в результате экспериментов с горючими сланцами пришли к выводу об отсутствии возможности "выжать" из нефть, что в 1926 году подтвердил и Д. И. Хэйлей.

В 1925 году В. А. Соколов экспериментально установил, что под действием альфа-лучей происходит распад содержащегося в осадках органического вещества с образованием водорода, СО_2, СО и метана. Метан под действием этих же лучей полемиризуется в более тяжелые газообразные и жидкие углеводороды.

В 1926 году почти к таким же выводам пришли американские исследователи С. К. Линд и Д. К. Бэрдуэлл. Нефть, по их мнению, образуется из метана в результате бомбардировки альфа-частицами. Метан же в огромных количествах продуцируется при микробиальном разложении органического вещества, содержащегося в осадках.

В 1931 году американский исследователь Б. Т. Брукс высказал предположение о том, что развитию процессов нефтеобразования из органического вещества способствуют каталитические свойства горных пород, примером чего является так называемая "фуллерова земля".

Интересная мысль была высказана в 1927 году американцем Д. Л. Ричем, который считал, что факторами, обусловливающими образование нефти из органического вещества и ее миграцию из глинистых пород в коллекторы, являются температура и развивающееся давление газов.

Подводя итоги развитию представлений о происхождении нефти в течение 1906-1931 годов, можно отметить следующее. Большинство геологов-практиков и научных работников считали, что нефть образуется из органических остатков в земной коре. Однако по вопросу исходных веществ для ее образования мнения расходились. Одни исследователи под влиянием работ К. Энглера и Г. Гёфера считали исходным веществом для нефти остатки животных организмов, массовая гибель которых происходила в результате различных геологических процессов (вулканизма, тектонических движений и др.), приводящих к резким изменениям температуры, солености морских вод и других условий.

В то же время все больше сторонников завоевывало представление, сформировавшееся в результате исследований ископаемых и современных осадков о том, что источником нефти является рассеянное органическое вещество, которым обогащены прослои глинистых пород. Такое обогащение происходит при накоплении илов в I морских бассейнах, характеризующихся сероводородным заражением придонных слоев воды.

Важно подчеркнуть, что в соответствии с обоими приведенными выше представлениями накопление органических веществ в необходимых для образования нефти количествах в геологической истории многих регионов являлось событием экстраординарным и сравнительно редким. Эти представления хорошо коррелировались с имевшейся к началу этапа информацией о сравнительно редком и локальном распространении нефтяных месторождений как у нас в стране, так и в других странax.

Таким образом, возникновение описанных гипотез об образовании нефти было связано, с одной стороны, с недостаточным развитием аналитической техники, вследствие чего не удавалось обнаружить углеводороды в современных осадках, а с другой стороны, с недостаточной информацией о распределении залежей нефти и газа в земной коре. На это еще в 1906 году довольно образно указал Г. П. Михайловский: "Подобно тому как каждый почти экспериментатор, произведя удачный опыт, думает, что нефть вообще произошла именно из того материала, с которым он экспериментировал, совершенно так же поступают и некоторые наблюдатели".

V этап (1932-1950 годы). Выход в свет в 1932 году книги академика И. М. Губкина "Учение о нефти" положил конец колебаниям между указанными группами представлений, и в течение последующего пятого этапа господствовала гипотеза образования нефти из рассеянного органического вещества, накапливавшегося в значительных количествах в осадках морских и солоноватоводных бассейнов.

Описываемый этап характеризовался дальнейшим, хотя и не очень интенсивным, расширением и уточнением географии нефти. Именно в это время на Ближнем Востоке стала вырисовываться одна из богатейших нефтегазоносных провинций мира: в 1948 .году здесь было открыто уникальное нефтяное месторождение Гхавар. К описываемому этапу относятся открытие и начало Разработки нефтяных месторождений, расположенных в акваториях Каспийского моря, Мексиканского залива и других акваторий.

Результаты развернувшихся в течение рассматриваемого этапа исследований не только подтверждали господствующие представления об образовании нефти из рассеянного органического вещества, захороненного в осадках различных водоемов, но и позволяли уточнить некоторые детали данного процесса. Так, в частности, открытие в 1934 году А. Трайбсом в нефти порфиринов, являющихся производными хлорофилла, не только подтвердило органическое происхождение нефти, но и свидетельствовало о том, что процесс ее образования не является высокотемпературным, так как при температуре выше 250 °С порфирины разрушаются.

Фундаментальные исследования процессов накопления органического вещества в современных морях, проведенные академиком Н. М. Страховым, показали, что это вещество может концентрироваться и в осадках морских бассейнов, не отличающихся сероводородным заражением придонных слоев воды. Стало очевидным также, что органическое вещество в значительных концентрациях захороняется не только в глинистых, но и в карбонатных осадках. Кроме того, выяснилось, что нефть может образоваться из органического вещества, захороняемого в осадках как морских и солоноватоводных, так и пресноводных бассейнов.

Некоторые американские исследователи, в частности В. К. Иллинг, стали считать образование нефтепродуцирующих толщ в морских бассейнах скорее нормальным, чем экстраординарным процессом. Почти в каждом нефтегазоносном регионе были выявлены толщи темных, преимущественно глинистых пород, содержащих повышенное количество органического вещества, которые стали считать нефтепроизводящими. Так, в частности, в Прикарпатье к таким толщам начали относить менелитовые сланцы, в Калифорнии - сланцы Монтерей. Сведения о возможных нефтепроизводящих толщах стали даже включать в справочники, примером чего является изданный в 1938 году "Справочник по типичным американским нефтяным месторождениям".

Академик В. И. Вернадский, изучая геохимические процессы, протекающие в земной коре, все больше убеждался в огромном влиянии биосферы на состав горных пород и в 1934 году в своих "Очерках геохимии" писал "Путем геологических процессов вещество биосферы из нее уходит и проникает в более глубокие оболочки земной коры. Оно несет в них углистые остатки живого вещества; этим объясняется нахождение везде биогенного углерода: нет земной материи, его не заключающей".

Однако при всей определенности решения проблемы происхождения нефти в общем все же оставался ряд крупных невыясненных вопросов: во-первых, каким был механизм преобразования органического вещества в нефть, во-вторых, какие факторы вызывали развитие этих процессов и, в-третьих, почему при изучении современных ископаемых осадков не удается обнаружить начало образования углеводородов. Ввиду неразрешенности этих вопросов нельзя было установить диагностические признаки толщ, которые генерировали нефть и, следовательно, нельзя было использовать указанные Теоретические разработки для прогнозирования перспектив нефтегазоносности регионов.

Правда, в процессе исследований современных осадков удалось ответить на один из перечисленных вопросов. Так, в частности, советские химики под руководством Т. Л. Гинзбург-Карагичевой в 1934 году обнаружили углеводороды в современных илах Черного моря. К сожалению, это открытие не привлекло внимание исследователей, вследствие чего в вопросах и об источниках углеводородов, и о механизме их образования не было полного единодушия.

Большая группа американских ученых, под руководством Ж. М. Небеля проводившая исследования по специальной программе Нефтяного института США, пришла к выводу, что исходные углеводороды нефти синтезируются при процессах метаболизма, протекающих в растительных организмах (как морских, так и наземных), а концентрация и отбор этих углеводородов происходят в осадках по мере их погружения.

Были предприняты попытки возродить представления об образовании нефти из растительных организмов. В 1932 году американский химик К. Хэкфорд, проведя серию экспериментов, пришел к выводу о том, что нефть образуется из морских водорослей в результате кислотного гидролиза при низкой температуре, а в 1933 году немецкий исследователь Э. Берль также на основании опытов пришел к выводу, что нефть образуется из целлюлозы.

Советский геолог В. Б. Порфирьев в работах, опубликованных в начале сороковых годов, считал исходным веществом для образования нефти углеводы растительных остатков. Однако в конце этого же десятилетия он утверждал, что исходным материалом для образования нефти могут быть любые органические вещества как растительного, так и животного происхождения при обязательных условиях: накоплении этих веществ в гомогенной форме (подобно торфу) и прогреве до температуры порядка 300-500 °С. В результате образуется промежуточная гомогенная асфальтоподобная масса. В пятидесятые годы В. Б. Порфирьев от этих представлений отказался.

Американский исследователь У. А. Селвиг в 1950 году обратил внимание на то, что смолистые компоненты в нефтях формируются за счет лигнита в результате микробиальных процессов и бомбардировки альфа-частицами. Другой американский ученый К. С. Корбетт в 1955 году подсчитал, что ежегодно в мире реки вносят в океаны и моря около 137 млн. т органических веществ, которые могут служить источником для образования нефти.

В 1947 году американский микробиолог К. Е. Цо-Белл писал, что микробиальные процессы способствуют преобразованию органического вещества в нефть, так как в результате их жизнедеятельности образуется свободный водород.

В целом же в рассматриваемый этап господствовали представления об органическом происхождении нефти, и лишь отдельные авторы пытались отстаивать предположения о неорганическом ее происхождении. В США в 1940 году Е. Мак-Дермот опубликовал статью об образований залежей нефти из углеводородных газов, поднимающихся с больших глубин. Эта статья вызвала целую дискуссию в Американской ассоциации нефтяных геологов, причем точка зрения Е. Мак-Дермота не получила поддержки. В 1948 году американский геолог К. Ван-Остранд пытался возродить предположение В. Д. Соколова, но также не был поддержан ни одним из геологов-нефтяников.

Несмотря на единомыслие, установившееся в отношении источников образования нефти к концу рассматриваемого периода, к 1951 году в теории нефтегазовой геологии назрел своеобразный кризис, обусловленный двумя главными причинами. Во-первых, критерии, которые были установлены для нефтепроизводящих толщ в традиционно нефтеносных регионах (в СССР - на Кавказе, в США - в Пенсильвании), оказались непригодными для новых регионов (в СССР - для Волго-Уральской области, в США - для новых областей), во-вторых, не удавалось обнаружить углеводороды ни в современных, ни в более древних осадках, в связи с чем не было однозначных критериев нефтегазопроизводящих пород.

Указанный кризис в нефтегазовой геологии напоминал кризис в физике в начале XX века, когда у физиков "исчезла" материя, и В. И. Ленин в своей гениальной работе "Материализм и эмпириокритицизм" писал: ""Материя исчезает" - это значит, исчезает тот предел, до которого мы знали материю до сих пор, наше знание идет глубже..."[12].

Кризис в теории нефетегазовой геологии в определенной степени отражался и на практике проведения нефтепоисковых работ. Так, в частности, первые отрицательные результаты поисков нефти в Западной Сибири, Прибалтике и Белоруссии вызвали сомнения у многих геологов в целесообразности продолжения в этих регионах поисковых работ. Последствия этого кризиса особенно ощущались в течение следующего этапа, характеризовавшегося, с одной стороны, существенным расширением базы для гипотезы органического происхождения нефти и, с другой стороны, возрождениями представлений об ее неорганическом происхождении и проведением частых и широких дискуссий по данной проблеме.

VI этап (1951 год - настоящее время). Этот этап с полным правом можно назвать этапом становления теории органического происхождения нефти, или, как ее более правильно назвал Н. Б. Вассоевич, теории осадочно-миграционного происхождения нефти и углеводородных газов. Началом данного этапа следует считать 1950 год потому, что именно в этот год почти одновременно советскими и американскими учеными были обнаружены углеводороды в современных осадках.

В Советском Союзе в результате трехлетних исследований группой ученых под руководством В. В. Вебера были обнаружены углеводороды в современных осадках озер, лиманов и лагун, распространенных на Таманском полуострове. В. В. Вебер правильно оценил роль этих углеводородов, отметив, что "в данной ранней стадии превращения органического материала образование углеводородов проявляется еще в очень слабой степени, но тенденция к их образованию несомненна". Доказательством такой тенденции, по мнению В. В. Вебера, является увеличение абсолютного и относительного (в составе органического вещества) содержания углеводородов вниз по разрезу.

Американские исследователи под руководством П. В. Смита открыли углеводороды в современных осадках Мексиканского залива, прикалифорнийской части Тихого океана, дельты реки Ориноко, а также некоторых пресноводных бассейнов. После этих открытий углеводороды стали обнаруживать в осадках всех водных бассейнов. По подсчету П. В. Смита, количество углеводородов в современных осадках достигает 150 тыс. т в 1 км^3, т. е. величины, почти равной их содержанию в осадочных породах богатых нефтеносных районов США, таких как Калифорния (180 тыс. т/км^3). И хотя дальнейшие исследования показали, что углеводороды, содержащиеся в современных осадках, существенно отличаются от нефти, значение указанных открытий трудно переоценить. Они показали, во-первых, что углеводороды образуются в осадках из рассеянного органического вещества, состоящего из остатков растительных и животных организмов. Тем самым был положен конец продолжавшейся в течение более двух столетий дискуссии о том, какое органическое вещество может быть исходным для образования нефти. Во-вторых, оказалось, что процессы нефтегазообразования могут развиваться почти в любых субаквальных осадках и что для этого не требуется каких-то особых экстраординарных условий.

Результаты указанных исследований позволили сделать далеко идущие выводы, сформулированные американским геологом-нефтяником А. И. Леворсеном в 1954 году и советским профессором МГУ И. О. Бродом и оказавшие огромное влияние на практику проведения поисков нефти и газа в мире. Сущность этих выводов сводится к тому, что в свете установленных связей любая территория или акватория, выполненная достаточно мощной толщей осадочных пород, должна рассматриваться как перспективная в нефтегазоносном отношении. Одновременно были открыты и разработаны различные методы выявления признаков нефтегазоносности уже в первых скважинах, пробуренных в таких регионах: люминесцентный анализ, позволяющий устанавливать невидимые невооруженным глазом количества битумов, методы анализов газов, растворенных в подземных водах, и определения их упругости и т. д.

Указанные теоретические предпосылки позволили обосновать необходимость широкого разворота поисковых работ на новых территориях и в акваториях и по данным первых скважин дать правильную оценку перспектив нефтегазоносное, что блестяще подтвердилось открытием в самых различных частях мира новых нефтегазоносных провинций: Западно-Сибирской, Припятской, Прибалтийской, Северо-Африканской, Гвинейской, Восточно-Австралийской и др.

Однако возникший в предыдущий этап кризис оказал на некоторых советских исследователей столь сильное влияние, что заставил их усомниться в органическом происхождении нефти и привел к попытке возрождения представлений, высказанных еще в XIX веке. Первой "жертвой" этого кризиса оказался профессор Всесоюзного нефтяного геологоразведочного института (ВНИГРИ) Н. А. Кудрявцев, который, установив в разрезе Волго-Уральской области отсутствие пород, характеризующихся такими же параметрами, как нефтепроизводящие породы Кавказа, пришел к выводу о том, что нефть в месторождения этой области пришла с больших глубин (небезынтересно отметить, что такой же подход к данным по Западной Сибири еще в 1948 году привел Н. А. Кудрявцева к заключению об отсутствии перспектив открытия залежей нефти и газа в этом регионе). Представления Н. А. Кудрявцева о неорганическом происхождении нефти получили поддержку некоторых геологов-нефтяников и геологов других профилей, и на страницах журналов возобновились дискуссии по проблеме происхождения нефти.

Было проведено четыре Всесоюзных совещания по образованию нефти и газа: в 1953 году в Ленинграде, в 1958 году в Московском университете, в 1968 году в Московском институте нефтехимической и газовой промышленности имени академика И. М. Губкина и в 1976 году во Львове, в Институте геологии горючих ископаемых АН УССР. Кроме того, в 1954 году во Львове, в 1977 году в Москве и в разные годы в целом ряде других городов были проведены совещания, на которых обсуждались проблемы только неорганического происхождения нефти и углеводородных газов.

По указанным причинам у нас в стране в течение рассматриваемого этапа решение проблемы происхождения нефти проводилось по двум направлениям: с одной стороны, основная масса исследователей и геологов-нефтяников продолжала развивать гипотезу органического происхождения нефти, с другой стороны, небольшая, но весьма активная группа исследователей не оставляла попыток возрождения представлений о ее неорганическом происхождении.

За рубежом после открытия углеводородов в современных осадках почти ни у кого из геологов-нефтяников не осталось сомнений в органическом происхождении нефти. Были предприняты лишь три попытки возрождения неорганической теории. В 1955 году английский астрофизик Ф. Хойль по существу пытался возродить представления В. Д. Соколова о космическом происхождении нефти, основываясь на предположении о наличии на Венере "океанов нефти". Однако в 1957 году американский геолог и астроном Т. А. Линк довольно убедительно опроверг эти представления[13].

В 1964 году на 147-м национальном съезде Американского химического общества, происходившем в Филадельфии, американский химик П. К. Маркс выступил с новой, так называемой "батарейной", теорией происхождения нефти, согласно которой она образуется на больших глубинах (более 11-14 км) в результате возникновения электрического поля между двумя электродами - сульфидами железа и графита.

В том же 1964 году английский химик Р. Робинсон, основываясь на наличии в нефтях некоторых углеводородов, которые, по его мнению, не могут иметь органического происхождения, так как образуются при высокой температуре, предположил, что одни компоненты нефти имеют органическое, а другие абиогенное происхождение.

Для геологов-нефтяников всех стран органическое происхождение нефти стало настолько очевидным, что вот уже почти 20 лет на международных нефтяных конгрессах, начиная с шестого, проходившего во Франкфурте на Майне в 1963 году, не обсуждаются представления о неорганическом происхождении нефти.

Результаты проведенных в течение рассматриваемого этапа советскими и зарубежными учеными исследований позволили не только получить качественно новую информацию, подтверждающую органическое происхождение нефти и углеводородных газов, но и выявить многие детали процессов нефтегазообразования, необходимые для определения масштабов этих процессов в тех регионах, где проводились поиски нефти и газа. Внедрение в практику лабораторных работ новых физических физико-химических методов анализов нефтей, конденсатов, природных газов и органического вещества горных пород и подземных вод позволило получать информацию не только о групповом и элементном составе сказанных веществ, но и о количественном распределении индивидуальных соединений внутри отдельных групп и о соотношениях стабильных изотопов углерода, серы и водорода.

Не рассматривая всех данных, полученных в течение описываемого этапа и подтверждающих правильность гипотезы органического происхождения нефти и углеводородных газов, отметим основные результаты. Во-первых, в нефтях были определены многие углеводороды, как непосредственно унаследованные от живого вещества, так и имеющие биологических предшественников. Во-вторых, были установлены черты сходства между углеводородным составом нефтей и органического вещества пород, из которого они образовались. В-третьих, было выявлено различие изотопного состава углерода, серы и водорода нефтей из разных стратиграфических комплексов и сходства его с составом как органического вещества пород, так и осадков, формировавшихся в бассейне осадконакопления. В-четвертых, при моделировании из органического вещества осадочных пород были получены жидкие и газообразные углеводороды. Наконец, в-пятых, было установлено во всех нефтегазоносных регионах Советского Союза и зарубежных стран распределение нефти и газа свидетельствует о генетической связи этих ископаемых с органическим веществом, содержащимся в породах определенных толщ (Волго-Уральская, Западно-Сибирская, Днепровско-Донецкая, Среднеевропейская и другие провинции).

Нет необходимости в детальном описании высказанных в течение описываемого этапа представлений о неорганическом происхождении нефти и углеводородных газов, поскольку они в основном не отличаются от соответствующих представлений прошлого столетия, которые подробно освещались выше. Кроме того, многие авторы меняли свои точки зрения и таким образом сами же опровергали эти предположения. Можно лишь отметить, что одни авторы связывали образование нефти с вулканическими извержениями, другие - с поствулканической деятельностью, третьи с процессами метаморфизма, четвертые - с процессами, протекающими в верхней мантии или даже в ядре Земли, пятые - с космическими процессами и т. д. Вероятно, нет ни одного геологического процесса, с которым кто-либо из авторов не связывал происхождение нефти и природных горючих газов.

В течение рассматриваемого периода сторонниками неорганического происхождения нефти не было выдвинуто ни одного принципиально нового аргумента по сравнению с теми, которые приводились еще в прошлом столетии для обоснования представлений о неорганическом происхождении нефти: это и наличие нефтепроявлений, нефтяных и газовых залежей в магматических и метаморфических породах, и нефтепроявления в грязевых вулканах, и углеводороды в космических телах и т. д. Правда, абсолютное количество нефтепроявлений, залежей нефти и газа в магматических и метаморфических породах значительно возросло по сравнению с прошлым веком, однако относительное их количество по сравнению с количеством проявлений и залежей, выявленных в осадочных породах, вероятно, даже снизилось. Наконец, следует заметить, что информативность многих из перечисленных выше аргументов в пользу неорганического происхождения нефти в свете новых представлений стала диаметрально противоположной. Но об этом в следующей главе.

Из приведенного далеко не полного обзора можно видеть, какое огромное разнообразие догадок, предположений и гипотез было высказано в течение многовековой истории решения проблемы происхождения нефти и природных горючих газов. Конечно, степень обоснованности высказываемых предположений была различной. Она зависела от многих факторов: и от общего уровня развития геологических, химических и других наук, и от круга наблюдений, произведенных автором, от его специальности. Так, узкий круг наблюдений повлиял на достоверность предположений Э. Штебера, основанных на изучении только грязевых вулканов Керченско-Таманской области. Как теперь хорошо известно, эти образования характерны лишь для единичных нефтегазоносных областей.

Наконец, примерами влияния специальности на решение проблемы происхождения нефти являются предположения М. Бертло, А. Муассана, Н. М. Кижнера и других химиков, которые пытались решать указанную проблему с чисто химических позиций.

Приведенный обзор в то же время показывает, каким трудным и сложным был путь исследователей к познанию процесса нефтегазообразования. Потребовались усилия многих поколений геологов, накопление огромной информации, касающейся как процессов, развивающихся в настоящее время, так и тех, которые проводили сотни миллионов лет назад; усилия многих химиков, изучивших самыми современными методами состав нефтей, конденсатов, газов и органического вещества горных пород и подземных вод; математиков, обработавших всю эту лавину многогранной информации для выявления факторов, влияющих на процессы нефтегазообразования и определяющих их масштабы.

В свете этого приходится удивляться прозорливости многих исследователей, которые, располагая весьма ограниченной информацией, высказали предположения, подтвердившиеся почти через 100 лет. К таким догадкам следует отнести предположение Д. С. Ньюберри об образовании нефти в глинистых породах, а также предположение Р. Н. Мурчисона о том, что процессы образования нефти из захороненного биогенного вещества должны быть региональными.

Высказанные предположения и гипотезы были тем ближе к действительности, чем полнее и комплекснее использовалась как геологическая, так и геохимическая информация. В этом отношении наиболее достоверной оказалась гипотеза происхождения нефти И. М. Губкина, что объяснялось помимо его незаурядных исследовательских способностей также тем, что он использовал комплекс всей накопленной к тому времени геологической и геохимической информации: выявленные геологические закономерности распределения месторождений нефти, данные об ее составе, распределении органического вещества, природе подземных вод, сопровождающих залежи нефти и т. д.

Возникновение и попытки возрождения ошибочных представлений о неорганическом происхождении нефти были связаны прежде всего с недостатком информации, отсутствием комплексности в ее использовании.

И коль скоро мы в предисловии провели параллель между решением проблемы происхождения нефти и раскрытием тайн в детективах, проведенный обзор позволяет продолжить это сравнение. Как раскрытие самых сложных, самых запутанных детективных историй невозможно без применения современных, в частности спектральных, методов анализа веществ, использования системного анализа, так и проблема происхождения нефти не могла быть решена на основе лишь односторонней информации об условиях ее залегания в единичных месторождениях, а нужны были сведения об ее составе, полученные самыми современными, в том числе и спектральными, методами.

Раскрытие тайны происхождения нефти является делом более сложным, чем раскрытие детективных тайн уже потому, что "преступление совершено" нередко десятки, а то и сотни миллионов лет назад, когда не было еще человека, об условиях "преступления" достоверно ничего неизвестно, и судить приходится лишь по косвенным данным. Нет прямых "свидетелей преступления", их не допросишь. И, наконец, от нефти не дождешься "чистосердечного признания", и следы "преступники" надо собирать по крохам.

Решение этой проблемы облегчает лишь возможность наблюдать аналогичные "преступления", которые происходят в настоящее время, т. е. с известной долей условности получать информацию о процессах нефтегазообразования, протекающих в осадках современных моржих и пресноводных бассейнов и, наконец, самыми тончайшими методами обнаруживать следы пребывания нефти и даже устанавливать пути ее продвижения.

Продолжая аналогию, следует отметить, что так же как и во всякой сложной детективной истории недостаточным доказательством невиновности является нахождение потенциального преступника вдали от места преступления (учитывая возможности современного транспорта, места нахождения нефти и газа, как правило, не могут свидетельствовать о месте и условиях их образования.

В самом деле, нефть и газ вследствие своей исключительной подвижности могут скопляться в залежи за десятки, а возможно, и за сотни километров от места своего "рождения", причем они образуются из самого различного органического вещества. Вот почему единичные случаи нахождения нефти или газа с какими-либо органическими остатками или в каких-то определенных породах не могут являться "уликой" происхождения этих полезных ископаемых.

Анализируя причины возникновения различных представлений и гипотез о происхождении нефти и углеводородных горючих газов на протяжении всей рассматриваемой истории, нетрудно заметить, что часть возникших заблуждений обусловливалась объективными обстоятельствами, связанными с недостаточностью информации на ранних этапах развития науки; таким образом, в истории развития данной отрасли науки были неизбежны "издержки". Однако существовали субъективные факторы, которые влияли на формирование некоторых представлений.

Глава VI. Современная теория образования нефти и природных горючих газов

Современная теория...

Нефтегазовая геология относится к числу тех наук, в которых научно-техническая революция произвела действительно революционный переворот как в теории, так и в практическом использовании теоретических разработок. На самом деле, как отмечалось, благодаря научно-технической революции появилась возможность получить информацию о составе органических веществ, содержащихся в породах, обнаружить ничтожные количества этих веществ, измеряемые тысячными и десятитысячными долями процента, узнать, как накапливаются эти вещества почти во всех морях и океанах мира, что происходит с ними с момента захоронения и до погружения на 7000-10000 м. Благодаря научно-технической революции почти все процессы, в которых участвуют породы и содержащееся в них органическое вещество, удалось моделировать в лабораториях.

Наконец, благодаря научно-технической революции удалось получить информацию о распределении нефти и газа в пределах почти всех континентов и крупных островов мира и в прибрежных частях многих морей и океанов.

Использование всей этой многогранной информации, а также научных разработок многих поколений ученых (особенно академиков В. И. Вернадского, И. М. Губкина и других русских, советских и зарубежных исследователей) позволило создать достаточно стройную теорию происхождения нефти и углеводородных газов, названную обобщившим всю эту информацию членом-корреспондентом Академии наук СССР, профессором МГУ Н. Б. Вассоевичем теорией осадочно-миграционного происхождения нефти и углеводородных газов.

Сама теория порождена научно-технической революцией и в то же время является ее частью, поскольку содействует открытию новых нефтегазоносных областей и провинций и росту добычи этих полезных ископаемых. В соответствии с указанной теорией нефть и углеводородные газы являются продуктами процесса преобразования захороненного органического вещества, который протекает в недрах в специфических условиях. Поэтому большое внимание уделяется изучению распространения, накопления, захоронения и преобразования в недрах органического вещества, являющегося одним из основных объектов новой ветви наук о Земле - органической геохимии.

Как отмечалось в главе III, во второй половине арийской эры на Земле зародилась жизнь, и по этой причине во всех образованиях, формировавшихся начиная с указанного времени, почти всегда содержится органическое вещество и продукты его преобразования. В настоящее время на поверхности Земли, в атмосфере а высоте до десятка километров и во всей поверхностной гидросфере в грунтовых водах и в верхней части ластовых вод, а стало быть, и пород, обязательно имеется различные микроорганизмы и продукты их жизнедеятельности. Даже в снегах и воздухе Антарктиды на высоте нескольких километров были обнаружены бактерии, водоросли и др.

Поскольку одной из основ всех жизненных процессов является углерод, определенный интерес представляет его баланс (рис. 29, 30). Как видно из рисунков, значительная доля углерода приходится на растения и весьма малая - на животных. Значительное количество углерода вносится в атмосферу в виде углекислого газа в результате деятельности человека. В 1971 году количество СО_2 составило 16,06 млрд. т, что в пересчете на углерод будет равно 4,5 млрд. т. По прогнозам ряда исследователей, в 2000 году эта цифра удвоится. При этом поскольку поглощение океанами и фиксация растениями полностью не компенсируют поступающее количество углекислого газа, то за 40 лет - с 1960 по 2000 годы - атмосфера пополнится им на 88⋅10^10 т.

Рис 29. Цикл углерода на Земле: а - схема: цифры - количество Углерода в граммах на 1 см2 поверхности; размеры квадратов пропорциональны содержанию углерода в соответствующих природных образованиях; стрелками показано направление обмена; б - источники углерода; цифры - количество углерода в миллиардах тонн

Продолжение цикла углерода на земле

Рис. 30. Первичная биопродукция в миллиграммах углерода на 1 м2 в день: 1 - более 500, 2 - 250-500, 3 - 150-200, 4 - 100-150, 5 - менее 100, 6 - суша

Рассматривая "продуктивность" органической жизни в океанах, выраженную в миллиграммах на 1 м^2 поверхности в день, нетрудно убедиться в крайней неравномерности ее по площади: наиболее слабо "производящие" области располагаются как в высоких широтах (вблизи Антарктиды и в Северном Ледовитом океане), так ив средних широтах, приуроченных к глубоководным зонам океанов. Почти на один порядок выше "продуктивность" Вблизи западных берегов Южной Африки, западных берегов Южной Америки, у Калифорнии и т. д.

Однако "продуктивность" тех или иных участков территорий и акваторий не полностью определяет количество захороненных в них органических веществ, точнее, она может определить только верхний предел такого количества, и то не всегда, так как возможен принос водными потоками органического вещества, образовавшегося за многие десятки, а то и сотни километров от мест захоронения.

Как видно из рис. 31, зонам максимальной "продуктивности" органического вещества океана не всегда соответствуют зоны максимального его накопления.

Рис. 31. Баланс органического вещества в океане в тоннах в год

В океанических бассейнах довольно четко выявляется общая закономерность увеличения содержания органического вещества в осадках по мере приближения к суше. На фоне общей закономерности выделяются и частные: количество захороняемого органического вещества повышается вблизи устьев рек, особенно таких крупных, как Миссисипи, Ганг, Нигер, Амазонка и др. Любопытно, что осадки, а вместе с ними и органические остатки, выносимые крупными реками, разносятся по океанам и морям на многие сотни, а иногда и тысячи километров. Так, осадки, выносимые Амазонкой в Атлантический океан, прослежены на расстояние более 2000 км от устья. Вместе с песком и илом на дне оседают кусочки древесины, обрывки растений и другие органические остатки.

Также богаты органическим веществом осадки внутренних окраинных морей (Средиземного, Черного, Каспийского, Японского и др.) и некоторые прибрежные части океанов. Так, у западного побережья Африки в заливе Флемиш-Бей современные осадки содержат до 10-12 % органического вещества. Как правило, количество его в осадках увеличивается с уменьшением диаметра минеральных частиц: оно максимально в глинах, намного меньше в песчаниках и совсем незначительно в более грубых, осадках - гравелитах, конгломератах и т. д.

По подсчетам советского исследователя Е. А. Романкевича, в Мировом океане содержится 1830 млрд. т органического вещества (в пересчете на углерод), из которого на дно ежегодно поступает 1-3 млрд. т, а с осадками захороняется 85 млн. т. Если предположить, то в течение фанерозоя (570 млн. лет) скорость накопления органического вещества в морях и океанах была кой же, как в настоящее время (что, конечно, неверно, к как в отдельные периоды она значительно колебалась), то за этот промежуток времени могло накопиться столько органического вещества, что его хватило бы для образования 56 000 трлн. т нефти. В этих расчетах не учитывалось количество органического вещества, которое накапливается в осадках крупных озер, рек и болот (торф).

Таким образом, в осадочные породы уже на первой стадии их образования попадает органическое вещество, количество которого, как правило, не превышает 1-2 % их состава, но нередко достигает и 10-20%, а эпизодически 50-100 % (горючие сланцы, ископаемые угли).

Таким образом, захоронение органического вещества вместе с минеральными осадками почти всегда сопровождает процесс осадконакопления в водных бассейнах различных типов, и зоны различного содержания (в том числе и повышенного) этого вещества распространяются на огромные площади, измеряемые сотнями или тысячами квадратных километров, и в плане довольно закономерно сменяют друг друга в соответствии со сменой типов осадков (прибрежные, глубоководные и т. д.).

Накопление осадков в водных бассейнах без органического вещества происходит лишь в исключительных случаях и является событием экстраординарным.

Процессы образования магматических пород, как правило, не сопровождаются накоплением органического вещества, оно попадает в эти породы эпизодически, чаще всего при контакте с осадочными образованиями (почвами, осадками и др.).

Нередко при извержениях движущаяся лава захватывает почвы, обогащенные органическим веществом, растительность, встреченную на пути (деревья, кустарники, травяной покров), и даже животных. Органические вещества, попадающие в "живой" поток лавы, имеющий весьма высокую температуру, обычно сгорают. Но нередко органическое вещество бывает захвачено остывающим потоком лавы, оно не успевает сгорать и оказывается погребенным вместе с изверженными породами.

Особенно часто захороняется растительный покров при извержениях, сопровождающихся выпадением большого количества вулканического пепла. Так, при извержении вулкана Толбачик на Камчатке в 1975-1976 годах пеплом были засыпаны лес и кустарник в окружности до 5 км от центра извержения, И В некоторых местах над поверхностью пепла выступают верхние части кустов и деревьев.

При подводных извержениях лавой захватывается верхний слой осадков, обогащенных органическим веществом, или даже организмы (кораллы и др.). Наконец, органическое вещество может захороняться с вулканогенными осадками и в тех случаях, когда в кальдерах вулканов или на их склонах образуются теплые болота, озера, теплые источники, в которых широко развиваются сине-зеленые водоросли и различные микроорганизмы. Такая, например, картина наблюдается в настоящее время в кальдере вулкана Узон на Камчатке. На дне этой кальдеры накапливаются остатки водорослей и растений, образующие линзы торфа, на которых, в свою очередь, развиваются микроорганизмы. Можно не сомневаться, что если снова начнется извержение, то накопившиеся с органическим веществом слои окажутся погребенными под потоками лавы или толщей вулканического пепла.

Органическое вещество в некоторых случаях может попадать и в интрузивные магматические породы. Происходит это двумя путями. Оно может быть захвачено обломками осадочных пород, обогащенных этим веществом, и в таком случае в наибольшем количестве содержится в этих обломках. Так, встречающиеся во многих алмазоносных кимберлитовых трубках Сибири кусочки известняков и доломитов содержат значительно больше органического вещества, чем сами кимберлиты.

Другой путь следующий. При остывании магмы и растрескивании образующихся из нее пород в трещинах создается относительный вакуум, благодаря которому из смежных осадочных пород как бы "высасываются" жидкости и газы. Если эти осадочные породы содержат нефть или углеводородные газы, то газы и нефть могут попадать и в магматические породы. Это хорошо заметно в некоторых кимберлитовых трубках Сибири (например, в трубке Удачная, где скопился метановый газ), а также в магматических породах Гурии (Грузия) т. д.

Но, как уже говорилось, процессы попадания органического вещества в магматические породы являются эпизодическими и по масштабам не сопоставимы с процессами захоронения органического вещества в осаДкйх водных бассейнов.

Принципиальные отличия органического вещества, содержащегося в осадочных и магматических породах, обусловливаются также тем, что не все захороненное органическое вещество впоследствии может стать источником образования нефти и газа. Дело в том, что степень сохранности захороненного вещества и пути его преобразования зависят в конечном итоге от доступа кислорода и условий для удаления продуктов окисления. Так, при свободном доступе кислорода происходит тление органического вещества, и если к тому же существуют условия для удаления продуктов реакции, то органическое вещество разрушается полностью, образуя преимущественно углекислоту и воду. Такова судьба органического вещества, которое захороняется на суше выше уровня грунтовых вод, а также в водоемах со свободной циркуляцией поверхностных вод, насыщенных кислородом, или оказавшегося в слоях грубозернистого материала (песка, галечника и др.), по которым циркулируют насыщенные кислородом воды, удаляющие как само органическое вещество, так и продукты его разрушения.

При ограниченном доступе кислорода или полном отсутствии его доступа органическое вещество в зависимости от его типа, наличия условий, благоприятных для развития микроорганизмов, подвергается процессам гниения или брожения, при которых образуются сначала метан, а затем и другие углеводороды и различные вещества (воски, смолы и др.). Вот почему наиболее благоприятные условия для захоронения органического вещества и его преобразования в сторону горючих ископаемых существуют в осадках водоемов, придонные части которых характеризуются застойными условиями, т. е. в осадках морей, океанов, озер, болот, стариц.

Вне водных бассейнов условия, благоприятные для захоронения и сохранения органического вещества и затем его медленного преобразования без существенного окисления, как правило, отсутствуют или, точнее, встречаются в сравнительно редких случаях: при крупных извержениях, особенно если последние сопровождаются выпадением огромных количеств вулканического пепла, в зонах многолетней мерзлоты и т. д.

Вероятно, уместно будет сравнить площади накопления осадков в водных бассейнах с засеянным полем, на котором роль хлебороба исполняет вода, равномерно рассеивающая органическое вещество и даже создающая условия для его образования (для жизни микро- и макроорганизмов), а территории образования магмаэтических пород - с пустырем, заросшим сорняками, на котором лишь в редких случаях прорастают отдельные колосья хлеба из зерен, занесенных ветром, оброненных человеком, или попавших случайно другим путем.

Если это так, что и закономерности распределения органического вещества должны быть принципиально различными для осадочных и магматических пород. И действительно, распределение органического вещества в осадочных породах характеризуется такими же особенностями, как и распределение органического вещества в современных осадках: его количество зависит от состава пород и возрастает с уменьшением размера зерен и обломков, достигая максимума в глинистых разностях; зоны различного содержания (в том числе и повышенного) органического вещества прослеживаются на огромных площадях. Так, глинистые породы баженовской свиты Западной Сибири, характеризующиеся высоким содержанием органического вещества (до 10-13%), распространены на площади, измеряемой многими сотнями тысяч квадратных километров. Такие же примеры имеются и среди девонских отложений Волго-Уральской области (доманик) и среди пермских отложений Европы и т. д.

Совершенно иной характер имеет распространение органического вещества в магматических породах: как правило, органическое вещество не образует в них заметных скоплений и лишь спорадически обнаруживается в самых различных количествах. При этом не наблюдается определенных закономерностей в его распределении по площади и разрезу магматических пород, и нередко участки повышенного содержания органического вещества в магматических породах бывают приурочены к зонам контакта этих пород с осадочными или к включениям обломков последних.

Указанными закономерностями распределения органического вещества в осадочных и магматических породах можно объяснить и наблюдаемые особенности распределения этого вещества в третьей группе пород - метаморфических, образующихся, как отмечалось выше, при метаморфизме пород первых двух групп. Благодаря исследованиям советских ученых, и в первую очередь академика А. В. Сидоренко и С. А. Сидоренко, установлено, что в метаосадочных породах, представляющих собой метаморфизованные осадочные породы, как правило, содержится органическое вещество, количество которого несоизмеримо меньшее, чем в нормальных осадочных породах. Но все же и содержание органического вещества и его состав находятся в прямой зависимости от состава включающих его метаосадочных пород. В метаизверженных породах, как правило, органического вещества в ощутимых количествах не содержится, и если оно встречается, то незакономерно, локально.

Но только захоронение органического вещества не обеспечивает нефтегазообразования. Продолжая аналогию между захоронением органического вещества и посевом пшеницы или каких-либо других культур, можно заметить, что, как в растениеводстве, хорошая заделка семян - необходимое, но далеко не достаточное условие для получения урожая, так и захоронение органического вещества - первый, но далеко не достаточ-ный этап в длительном процессе нефтеобразования и в несколько более коротком процессе газообразования.

Это связано со многими причинами. Во-первых, в природе слишком много "любителей" энергии, заключенной как в захороненном органическом веществе, так и в любом зерне, состоящем из органического вещества. Во-вторых, так же как и растения для своего роста нуждаются в определенных благоприятных условиях, достаточной температуре, соответствующей плотности включающего грунта, обеспечивающей возможность прорастания семян, так и преобразование органического вещества в сторону нефти может происходить лишь при определенных благоприятных условиях, в первую очередь температурных и др.

Более того, если зерна растений в процессе эволюции приобрели защитные приспособления в виде достаточно прочной непроницаемой для микроорганизмов и инертной для разных химических реагентов оболочки, то обрывки и кусочки органического вещества такой защитной оболочки, как правило, не имеют, хотя если в породу попадают те же зерна, пыльца, споры, то они в начальный период менее подвержены действию различных неблагоприятных условий.

Как отмечалось выше, при доступе кислорода происходит окисление органического вещества с образованием преимущественно углекислоты и воды. Этому процессу способствует жизнедеятельность многих микроорганизмов. Поэтому на поверхности земли, а также на дне водоемов в грунтах, хорошо промываемых водой (крупнозернистых песчаных, галечниковых и т.д.), происходит окисление органического вещества. Нередко вода не только приносит кислород, но и выносит продукты окисления, благодаря чему процесс может развиваться почти до полного разложения органического вещества. Исключения могут составлять крупные обрывки растительной ткани, семена, споры и пыльца растений,

нередко сохраняющиеся в песках и даже галечниках. В наиболее распространенных осадках - илах, глинистых илах, накапливающихся в спокойных водах бухт, заливов, озер, болот, стариц рек, доступ кислорода, как правило, затруднен, и поэтому нет условий для полного окисления содержащегося в них органического вещества. В таких осадках развиваются микроорганизмы, которые "набрасываются" в первую очередь на легко-разрушаемые органические соединения - белки, углеводы и др. При этом образуется много углекислого газа, воды, метана и незначительное количество жидких и твердых углеводородов. Эти углеводороды обнаружены в современных осадках почти всех морей, океанов, озер, стариц рек и т. д. О широком образовании метана в болотах свидетельствует и его второе название - болотный газ.

В указанный биогенный этап захороненное в осадках органическое вещество так сильно преобразуется, что и по составу, и по физико-химическим свойствам, и по морфологии, и другим признакам становится абсолютно непохожим на то исходное вещество, которое захоронялось в осадках: в результате потери легко гидролизуемых компонентов в нем остаются устойчивые и синтезируются сложные и также устойчивые соединения.

Это органическое вещество состоит из трех групп соединений, которые дифференцируют по растворимости в различных растворителях. Значительную часть этого вещества составляют соединения, растворимые в едком калии, которые называются гуминовыми кислотами. В несколько меньшем количестве содержится не растворимое в органических растворителях вещество, именуемое в зарубежной литературе керогеном. В небольших количествах присутствуют растворимые в бензоле, хлороформе и других органических растворителях компоненты - битумы, или, как их теперь называют, битумоиды, в составе которых определены жидкие и твердые углеводороды всех трех групп. На всех стадиях изменения в осадках и в заключенном в них органическом веществе всегда содержатся в разных состояниях (свободном, сорбированном, в закрытых порах) газообразные компоненты, среди которых нередко преобладает метан, присутствуют этан и другие газообразные углеводороды.

По мере отложения все новых и новых порций осадков затрудняется и почти прекращается обмен веществами с придонным слоем воды, что приводит к гибели микроорганизмов вследствие отравления их продуктами своей жизнедеятельности. Намечается новый этап, обусловленный повышением температуры, происходящим из-за увеличения глубины залегания (см. главу III). Температура в осадках может также повышаться вследствие развития в них различных экзотермических химических процессов: выпадения солей, образования новых минералов и т. д.

Повышение температуры вызывает разложение или, как говорят, деструкцию органического вещества: более сложные полимерные соединения разлагаются, образуя менее сложные соединения, в том числе и углеводороды. Благодаря этому с увеличением глубины залегания в органическом веществе осадочных пород растет содержание битумов и в составе последних - количество жидких и твердых углеводородов. Увеличивается и количество газообразных углеводородов.

Источники образования отдельных компонентов нефти показаны на рис. 32. Темп деструкции органического вещества резко повышается после достижения температуры порядка 60°С, что в большинстве случаев характерно для глубин порядка 1500-2000 м. По мере дальнейшего повышения температуры темп деструкции несколько снижается, но при этом из керогена продолжается образование новых порций битума, в которых содержатся новые и новые порции твердых, жидких и газообразных углеводородов и других соединений (рис. 33). Этот процесс продолжается до температур порядка 180-200°С. Дальнейшее повышение температуры приводит к деструкции образовавшихся жидких и твердых углеводородов, когда из органического вещества образуются только или почти только газообразные углеводороды и графит.

Рис. 32. Источники образования отдельных компонентов нефти

Рис. 33. Схема превращения керогена в нефть и газ

Интервал глубин, в котором из органического вещества образуются максимальные количества жидких углеводородов, Н. Б. Вассоевич предложил называть главной зоной нефтеобразования. Эта зона располагается на глубине порядка 1500-3000 м (в разных регионах по разному). Верхний интервал глубин, на которых образуется газ, назван Н. Б. Вассоевичем зоной газообразования, нижний интервал - главной зоной газообразования (табл. 2).

Таблица 2. Глубины и характеристика зон нефте и газообразования (по Н. Б. Вассоевичу и др.)

Описанная выше картина весьма схематизирована. Дело в том, что количество и битумов и углеводородов, образующихся на разных глубинах, а стало быть, и при разных температурах, во многом зависит от состава исходного органического вещества, степени его раздробленности, характера осадков, в котором оно находится и т. д. Так, установлено, что органическое вещество, представленное в основном остатками наземной растительности (так называемое гумусовое) дает при разложении больше газообразных углеводородов, жидкие углеводороды начинают образовываться из него при борее высоких температурах. Органическое вещество, накапливающееся в морских осадках, как правило, генерирует больше нефти.

Приведенная выше зависимость количества и состава органического вещества от температуры не только установлена в самых различных областях мира, но и наблюдается при проведении подобных экспериментов на моделях в лабораториях. Не останавливаясь на химической стороне указанного процесса, отметим лишь, что многими исследователями создана математическая модель этого процесса, позволяющая с помощью ЭВМ производить необходимые расчеты.

Образование газов из остатков наземной растительности в процессе формирования ископаемых углей изучено достаточно хорошо как на природном материале, так и экспериментально. Как отмечалось, уже на первой стадии при образовании торфа в болотах выделяется значительное количество метана. В дальнейшем при переходе торфа в бурый уголь, который при повышении температуры превращается в свою очередь в каменный уголь, а последний - в полуантрацит и антрацит, продолжается выделение метана и других газообразных, жидких и твердых углеводородов, а также различных летучих и нелетучих веществ - воды, углекислоты, сероводорода и др.

Учеными довольно точно рассчитаны количества образующихся при указанных процессах веществ и составлены соответствующие формулы. Выделение при этом метана и других углеводородов подтверждается наличием их в углях. Как известно, газоносность углей создает большие трудности при их добыче.

Наконец, образование метана и других углеводородов при нагревании угля подтверждается огромным количеством экспериментов, проводимых в разных странах.

Описанные выше процессы превращения органического вещества в определенной степени являются процессами изменения его физического состояния: из твердого вещества образуется полужидкое и газообразное. Это сразу нарушает создавшееся в породе равновесие вызывает увеличение давления флюидов в порах, до этого заполненных водой и, возможно, некоторым количеством газа, выделяющегося на микробиальной стадии. На жидкие и газообразные вещества начинают действовать иные силы - поверхностного или молекулярного притяжения, гравитационные и др. В результате этого начинается миграция - перемещение жидких битумов и образовавшегося газа из глинистых или других тонкозернистых пород (где содержание органического вещества выше и образовалось больше этих веществ) в песчаные или другие крупнопористые породы, где меньше органического вещества и давление флюидов (воды и газа), как правило, ниже.

Движение жидких битумов под влиянием сил молекулярного притяжения очень хорошо видно под люминесцентным микроскопом: более легкий битум, как правило, продвигается дальше от источника, из которого он образовался. По мере того как в битуме увеличивается количество жидких компонентов, он становится все более подвижным и переходит в нефть. Как отмечалось в главе III, поверхностное натяжение нефти в 3 раза меньше, чем воды. В связи с этим вода вытесняет нефть из более мелких пор в крупные, что подтверждается большим количеством экспериментов и практикой добычи нефти из трещиновато-пористых пород.

Попав в проницаемую породу, по которой возможно более или менее свободное передвижение (например, в хорошо выдержанный пласт песка), нефть и газ под влиянием гравитационных сил весьма медленно продвигаются вверх до упора, которым может оказаться глинистая, либо соляная, либо гипсовая или другая плохо проницаемая порода, и таким образом заполнит повышенную часть пласта. Этому процессу может способствовать движение подземных вод, благодаря которому накопление жидких и газообразных углеводородов в повышенных участках пластов развивается быстрее, подобно тому, как образуются "газовые пузыри" в повышенных частях водопроводов, водоводов и т. д.

Вот таким путем и образуются залежи нефти и газа ловушках различных типов в осадочных породах (рис. 34).

Рис. 34. Образование залежей нефти и газа

Процесс формирования газовых залежей сопровождается значительным повышением давления газа в пластах. Когда оно превышает давление вышележащих пород, происходит разрыв последних и образуются грязевые вулканы.

Как отмечалось в главе III, в тридцатые - шестидесятые годы настоящего столетия была, наконец, раскрыта существовавшая на протяжении почти двух тысячелетий тайна образования грязевых вулканов. Еще в тридцатые годы академик И. М. Губкин показал, что образование грязевых вулканов Азербайджана, Таманского и Керченского полуостровов связано с аккумуляцией нефти и газа из осадочных отложений. Последующие исследования грязевых вулканов других областей как нашей страны (Туркмения, Сахалин), так и других стран (Тринидад и Тобаго, Бирма, Индия, КНР, США), не только подтвердили эти выводы И. М. Губкина, но и позволили определить условия возникновения грязевых вулканов в нефтегазоносных областях и причины их сходства с грязевыми вулканами, развивающимися вблизи лавовых вулканов.

Результаты бурения глубоких скважин и исследования продуктов извержений грязевых вулканов в нефтегазоносных областях убедительно свидетельствуют об отсутствии под этими вулканами магматических очагов, вопреки предположениям многих исследователей, а также о том, что деятельность этих вулканов обусловлена поступлением газов из осадочных отложений. На это, в частности, указывает и тот факт, что по мере разработки залежей газа и снижения его давления в недрах интенсивность грязевулканической деятельности в общем уменьшается (на острове Тринидад, в Баку и других местах).

Продолжая аналогию между засеянным полем и осадочными породами, как правило, содержащими органическое вещество, укажем, что как на любом засеянном поле должны появляться всходы, так и в осадочной толще обычно при погружении должны развиваться процессы нефтегазообразования. При прочих равных условиях вероятность развития таких процессов тем больше, чем больше мощность и площадь распространения осадочной толщи.

Совершенно иначе развиваются процессы преобразования органического вещества, попавшего в магматические и метаморфические породы. В изливающихся магматических породах оно нагревается до нескольких сотен градусов, в результате чего разлагается с образованием метана, углекислого газа и углистых остатков. При этом иногда образуются жидкие углеводороды, нередко захватываемые кристаллизующимся веществом, в котором,они обособляются в газожидкостных включениях.

Захороняемые под пеплом растительный и почвенный покровы под влиянием высокой температуры, как правило, разлагаются без доступа кислорода. В продуктах такого разложения преобладает метан. Однако больших скоплений его при этом не может образоваться, так как сложенные пеплом толщи весьма проницаемы и весь образующийся газ уходит в атмосферу. Таково происхождение метана, выделяющегося в настоящее время в Долине десяти тысяч дымов" на Аляске.

Сравнительно редко в кальдерах вулканов создаются условия, при которых захороняемое органическое вещество водорослевого происхождения подвергается нагреву до 100-120 °С, в результате eгo преобразуется в сторону нефти. Такие условия существуют в зонах развития термальных источников и озер, обычно характеризующихся небольшим площадным распространением, как, например, в кальдере вулкана Узон на Камчатке. Совершенно очевидно, что из-за небольшой площади указанных зон в них могут быть лишь небольшие нефтепроявления, но нет условий для образования крупных скоплений нефти.

В настоящее время можно считать твердо установленным, что процессы, протекающие в магме и при ее остывании как на поверхности, так и на глубине, не приводят к образованию нефти и углеводородных газов. Это доказано огромной информацией, базирующейся как на природном материале, так и на результатах экспериментальных исследований: 1) магматических пород Земли, 2) состава атмосфер и вулканических пород других планет, 3) процессов и продуктов современного вулканизма, 4) физического моделирования процессов магматизма и 5) теоретических расчетов по термодинамике реакций образования и равновесия углеводородных систем.

Хотя в нашем распоряжении нет определенных статистических данных, можно без преувеличения сказать, что в десятках тысяч подземных выработок (шахт, штолен, буровых скважин), проведенных в магматических породах, как правило, не обнаружены ни нефть, ни углеводородные газы. Лишь в единичных случаях, на которых мы остановимся ниже, встречаются углеводородные газы, еще реже жидкие углеводороды и совсем редко нефть и другие битумы.

Аналогичные результаты получены при петрографических исследованиях под микроскопом магматических пород и при химических анализах их состава. Несмотря на то что количество исследованных такими методами образцов пород во всем мире, несомненно, исчисляется миллионами, лишь в очень редких, единичных случаях в них обнаружены газообразные углеводороды и битумы. При этом появление указанных компонентов характерно лишь для пород, контактирующих с осадочными битуминозными породами. Весьма важен факт отсутствия битумов и углеводородных газов в магматических породах, образовавшихся при подводных извержениях, когда происходит сравнительно быстрое застывание магмы и все содержащиеся в ней компоненты как бы запечатываются в породе. Как известно, более 100 лет изучаются такие породы по выходам на дневной поверхности и в различных подземных выработках, и нигде в них не было обнаружено ни битумов, ни заметных количеств углеводородных газов. В этом отношении особенно ценная информация получена почти в 500 скважинах, пробуренных в различных морях и океанах. Большинство из них вскрыло самые разнообразные магматические породы, формировавшиеся на разных стадиях образования океанов и в разных зонах - от рифтовых в срединноокеанических хребтах, в глубоководных желобах, до современных вулканических дуг. Путем драгирования были подняты со дна океанов породы, которые, по мнению ряда исследователей, сформировались в результате поступления вещества верхней мантии. И ни в одном из тысяч изученных образцов не было обнаружено битумов и углеводородных газов.

В противоположность этому в большинстве образцов осадков и осадочных пород, вскрытых скважинами глубоководного бурения, установлено наличие органического вещества, содержащего битумы и углеводородные газы.

Как известно, соль ввиду своей пластичности хорошо консервирует все флюиды, которые поступают с магмой. И в соленосных толщах, пронизанных магматическими породами, установлено отсутствие среди газообразных продуктов, поступивших с магмой, метана и других углеводородов; газ, попавший в соль с магмой, состоит в основном из двуокиси углерода. Особенно наглядная в этом отношении информация получена на соляных шахтах ГДР.

Благодаря успехам космических исследований имеется надежная информация о составе пород Луны, составе атмосфер Венеры, Марса и т. д. Эта информация убедительно свидетельствует о том, что ни на одной из казанных планет нет ни нефти, ни скоплений углеводородных газов. Интересная информация получена при изучении лунных пород. Так, в частности, детальный анализ показал, что некоторые рыхлые породы Луны содержат весьма незначительное количество метана. При этом оно увеличивается с возрастанием степени дисперсности материала и, что самое главное, убывает с глубиной. В массивных породах метана нет. Количество его в рыхлых породах меняется параллельно изменениям количества водорода и гелия. Эти данные позволили американским исследователям, изучавшим лунные грунты, прийти к выводу о том, что обнаруженный метан приносится солнечным ветром.

Таким образом, можно считать установленным, что на всех планетах земной группы, там, где нет жизни, отсутствуют и битумы, в том числе и нефть, и скопления углеводородных газов.

Героические исследования вулканологов, по образному выражению известного вулканолога Г. Тазиева "заглядывающих в пасть дьяволу", позволили получить надежную информацию о современных вулканических процессах. В многочисленных образцах жидкой лавы и пробах выделяющегося из нее газа совершенно нет ни битумов, ни заметных количеств газообразных углеводородов. Как правило, отсутствуют углеводороды и в составе газов многих вулканов (исключения мы рассмотрим ниже).

Опубликованные еще в прошлом столетии и перепечатанные в последующих работах сведения о том, что при извержении Везувия выделялись жидкие и газообразные углеводороды, не подтверждаются современными данными. Действительно, за прошедшие 175 лет никому не удалось обнаружить хотя бы одно проявление нефти, битумов или заметных количеств углеводородного газа ни в самом вулкане, ни вблизи его. Произведенные автором в 1979 году наблюдения свидетельствуют об отсутствии каких бы то ни было признаков нефти и газа в сольфатарах, выходящих на южной и северной внутренних стенках кратера, нет также проявлений и на его дне, где видны только выцветы серы.

Учитывая исключительную "обжитость" склонов Везувия, можно с полной уверенностью утверждать, что никаких нефте- и газопроявлений в этом районе нет. В самом деле, все подножье вулкана покрыто виноградниками, многочисленными жилыми домами, кафе, павильонами и другими постройками, до самого кратера проведены дороги, водопровод, линии электропередач и подвесная дорога. Совершенно очевидно, что если бы при рытье котлованов хотя бы в одном пункте были встречены нефтегазопроявления, то это стало бы известным и в условиях энергетического кризиса в Италии вызвало бы проведение поисковых работ.

То же можно сказать и о водах различных термальных источников, используемых как вблизи Везувия, так и в других районах Италии с доисторического времени. Если бы с горячими водами поступала нефть или горючий газ, то при отсутствии вентиляции и освещении факелами это вызывало бы неоднократные взрывы. Между тем ни в исторических документах, ни в современных описаниях таких сведений нет.

Многими исследователями в разных странах проведено огромное число экспериментов по моделированию магматических процессов при тех же термодинамических и геохимических условиях, которые существуют в недрах на глубинах до нескольких десятков километров. Однако ни разу ни одному исследователю при таком моделировании не удалось зафиксировать образование битумов, в том числе нефти и газообразных углеводородов.

Таким образом, можно считать доказанным, что процессы магматизма, как правило, не приводят к образованию битумов и газообразных углеводородов.

На первый взгляд кажется, что этому выводу противоречат редкие случаи битумо- и газопроявлений при современных вулканических процессах, а также связанные с магматическими породами. Поэтому рассмотрим подобные случаи более детально. Действительно, весьма редко в составе газов, выделяющихся из кратеров некоторых вулканов, отмечалось небольшое количество (не более десятых долей процента) метана. Несколько чаще и в больших количествах (до единицы процентов) содержат метан сольфатарные газы вулканов. Иногда в сольфатарных газах фиксировались десятые доли процента этана и даже пропана.

Подобные газопроявления наблюдались лишь в тех случаях, когда вулканические каналы прорезали мощный покров осадочных пород, среди которых были развиты либо угленосные, либо нефтеносные толщи. Так, было установлено, что каналы многих вулканов Камчатки и Японии пересекают достаточно мощные угленосные толщи неоген-палеогенового возраста, а вулкан Этна в Сицилии прорезает регионально нефтеносные в Южной

Европе и смежной части Средиземного моря триасовые отложения. Происхождение газообразных углеводородов, присутствующих в газах вулканов Камчатки и Японии, несомненно, связано с выделением метана вследствие прогрева ископаемых углей и углистых частиц. Что касается углеводородных газов в продуктах деятельности вулкана Этна, то они, бесспорно, поступают из триасовых отложений, которые южнее содержат залежи углеводородных газов, а на южном берегу Сицилии - залежи тяжелой нефти (месторождение Джела) (рис. 35).

Рис. 35. Схема геологического строения района вулкана Этна. В левой части вне масштаба показаны месторождения нефти и газа

Такое объяснение совершенно логично, если учесть, что любой вулканический канал представляет собой своеобразную природную скважину глубиной несколько десятков километров, которая не имеет обсадной колонны, вследствие чего в нее могут поступать флюиды из всех пересекаемых ею пород. И вполне вероятно, что в Сицилии углеводородные газы движутся по пластам с юга на север и достигают жерла вулкана Этна, по которому поднимаются на поверхность.

Как отмечалось, в виде исключений, весьма и весьма редко по сравнению с общим количеством наблюдений в магматических породах встречаются как мелкие битумо- и газопроявления, так и еще реже - залежи нефти и газа. Так, мелкие битумо- и газопроявления отмечались В породах Хибинского массива на Кольском полуострове, в некоторых алмазоносных трубках взрыва в Якутии и Африке, в изверженных породах Западной и Восточной Сибири, Франции, США и других стран. Детальные исследования показывают, что битумо- и газопроявления фиксируются лишь в тех случаях, когда магматические породы контактируют с битуминозными или нефтегазоносными осадочными породами. Не было ни одного случая, чтобы в магматических породах отмечались битумо- и газопроявления в тех районах и участках, где отсутствовали регионально нефтегазоносные или битуминозные толщи. В то же время противоположная картина является обычной: битумо- и газопроявления широко распространены в осадочном разрезе и почти полностью отсутствуют в залегающих в данном регионе магматических породах.

Особенно показательны в этом отношении результаты бурения глубоководных скважин: подавляющее большинство из многих сотен скважин вскрыло магматические породы в морях и океанах и нигде ни разу в них не были зафиксированы нефте- и газопроявления.

Еще реже, чем проявления, встречаются в магматических породах залежи нефти и газа. Не останавливаясь на описании этих залежей, отметим лишь следующие их особенности. В глобальном плане число месторождений, в которых залежи нефти и газа приурочены к магматическим породам, на три порядка меньше числа месторождений, связанных с осадочными породами: число первых не превышает 100, а число вторых составляет 35 000-40 000. Разница же в ресурсах нефти и газа указанных типов месторождений еще больше и, вероятно, превышает четыре порядка. Аналогичная картина характерна и для регионов: во всех них число месторождений и ресурсы нефти и газа, связанные с залежами в осадочных породах, несоизмеримо (обычно на несколько порядков) больше, чем в магматических породах. Более того, в большинстве нефтегазоносных регионов при обилии залежей нефти и газа в осадочных породах полностью отсутствуют такие залежи в магматических породах. В регионах, характеризующихся широким развитием магматических пород и соответственно малым содержанием осадочных образований, как правило, месторождения нефти и газа отсутствуют, примером чего могут служить обширные территории Восточного Казахстана в СССР, Деканского плоскогорья в Индии (рис. 36), Монголии и других стран.

Рис. 36.Теологический разрез по линии Аравийское море - Бомбей Черным - нефть, звездочки - газ

Наконец, не менее важно, что в большинстве регионов, характеризующихся развитием вулканических пород, залежи нефти и газа чаще встречаются в туфогенных или туфоосадочных породах, которые накапливались вдали от источника магмы или чаще за счет размыва вулканических пород.

Как отмечалось, метаморфические породы образуются из осадочных, магматических и тех же метаморфических пород в результате действия высоких температур, давлений и миграции флюидов. Органическое вещество наблюдается, как правило, в метаосадочных породах и очень редко в метаизверженных. В метаосадочных породах обнаружены битумы, в свою очередь содержащие углеводороды, а в составе сорбированных газов и газов закрытых пор содержатся метан и нередко более тяжелые газообразные углеводороды, и все это - в значительно меньших количествах, чем в нормальных осадочных породах.

Органическое вещество, содержащееся в метаосадочных породах, потеряв почти весь ранее имевшийся в нем водород, содержание которого не превышает 1-2%, почти полностью (93-94%) состоит из углерода-графита. Не исключено, что эти потери обусловлены образованием жидких и газообразных углеводородов и даже, может быть, формированием их залежей, впоследствии разрушенных под влиянием высоких температур и давлений. Наблюдающиеся в таких породах незначительные количества жидких и газообразных углеводородов, очевидно, и являются следами указанных выше процессов.

Кстати, включения органического вещества хорошо заметны в мраморах, представляющих собой перекристаллизованные известняки. Участки, обогащенные органическим веществом, имеют темную окраску и образуют прихотливые узоры. Такие узоры, полоски, пятна, затейливые линии можно наблюдать в белом и розовом мраморах, которыми выложены полы и облицованы стены многих станций московского метрополитена им. В. И. Ленина ("Проспект Маркса", "Площадь Свердлова", "Баррикадная", почти все станции Калининского радиуса и др.), стены вестибюля и парадная лестница Государственной библиотеки СССР им. В. И. Ленина, стены дворца "Вавель" в Кракове (ПНР), мечети Тадж-Махал в Индии, собора Святого Петра в Ватикане и многих соборов и памятников в городах Италии (Милане, Венеции и т. д.) и других стран.

Нефтегазопроявления в метаморфических породах фундамента встречаются сравнительно редко и в большинстве случаев только там, где эти породы контактируют с осадочными нефтегазоносными или битуминозными породами. Это же относится и к залежам нефти и газа, приуроченным к метаморфическим породам: они встречаются очень редко, всегда только в верхней части метаморфических пород и только там, где гипсометрически ниже залегают битуминозные, в том числе и нефтегазоносные, осадочные породы. При этом следует еще раз подчеркнуть два обстоятельства. Во-первых, редкость нефтегазопроявлений и залежей нефти и газа в метаморфических породах по сравнению с осадочными породами в этих же регионах. Так, ни одной из многих сотен скважин, вскрывших метаморфические породы фундамента в Волго-Уральской провинции, Днепровско-Донецкой впадине и Припятском прогибе, не было обнаружено ни одной залежи нефти и газа и лишь в единичных случаях ими встречены небольшие нефте- и газопроявления. Весьма важно, что эта информация получена по скважинам, пробуренным по метаморфическим породам на сотни и даже тысячи метров, например, на Туймазинском нефтяном месторождении. Это хорошо видно на геологических разрезах (рис. 37, 38).

Рис. 37. Геологический разрез по линии Запорожье - Полтава - Xарьков - Москва. Черным - залежи нефти, кружочками - залежи газа, остальными условными знаками - различные осадочные породы

Рис. 38. Геологический разрез по линии Саранск - Ульяновск - Уфа - Уральский хребет Условные обозначения те же, что и на рис. 37

Во-вторых, даже в тех регионах, в метаморфических породах которых выявлены залежи нефти, запасы последних составляют сотые доли процента от общих запасов региона. Таково, например, соотношение числа месторождений и запасов нефти в метаморфических и осадочных породах в США и Венесуэле. В США лишь в десятках из десятков тысяч месторождений мелкие нефтяные и газовые залежи обнаружены в метаморфических породах, запасы же нефти и газа этих месторождений не превышают сотых долей процента. В Венесуэле, где насчитывается более сотни крупных и гигантских нефтяных месторождений, запасы которых достигают миллиардов тонн, а в целом превышают сотни миллиардов тонн, только в двух месторождениях Ла-Пац и Мара в метаморфических породах обнаружены небольшие залежи нефти. В настоящее время они уже разработаны. Запасы их не превысили сотен тысяч тонн. Везде для таких месторождений достаточно уверенно устанавливается связь нефти и газа с контактирующими или залегающими гипсометрически ниже осадочными породами.

Рамки настоящей книги не позволяют остановиться на имеющихся геохимических аргументах, свидетельствующих о том, что нефть и газы, образующие редкие залежи в метаморфических породах, связаны с органическим веществом осадочных пород.

Таким образом, имеющиеся данные о распространении битумов (в том числе и нефти) и углеводородных газов в магматических и метаморфических породах подтверждают правильность осадочно-миграционной теории их образования. Однако этим не ограничивается число аргументов, подтверждающих правильность данной теории, Среди них, пожалуй, первое место занимает закономерность распределения нефти и газа в земной коре, согласно которой 99,999% всех известных запасов нефти и газа связано с осадочными породами. Нет почти ни одной осадочной породы, в которой не были бы обнаружены в разных количествах жидкие, твердые и газообразные углеводороды.

Как на суше, так и в море, нефтяные и газовые месторождения не встречаются по одному, а всегда образуют группы или зоны, которые в свою очередь распространены в пределах крупных регионов, так называемых седиментационных бассейнов. Последние характеризуются наличием мощных толщ осадочных пород, среди которых, как правило, имеются одна или несколько пачек пород, обогащенных органическим веществом. Так, в Волго-Уральской провинции среди девонских отложений залегают доманиковые породы, содержащие до 10-15% органического вещества. В Западной Сибири среди верхнеюрских отложений имеется баженовская пачка глин, содержащих до 15 % органического вещества. При этом и в доманике, и особенно в баженовской свите содержатся залежи нефти.

В пределах каждого нефтегазоносного бассейна имеются один или несколько нефтегазоносных комплексов, с которыми связаны основные запасы нефти и газа. Например, в Западной Сибири залежи нефти содержатся преимущественно в верхнеюрских - нижнемеловых отложениях, а залежи газа - в верхнемеловых, в Волго-Уральской нефтегазоносной провинции основные запасы нефти связаны с девонскими и каменноугольными отложениями, а газа - чаще с пермскими. В Среднеевропейском бассейне (Северное море, ФРГ, Нидерланды, ГДР и ПНР) залежи газа встречаются-в нижнепермских отложениях, а нефти - в верхнепермских, юрских и меловых. При этом нередко одни продуктивные комплексы отделены от других мощными толщами почти непроницаемых пород (например, мощные толщи солей, развитие которых характерно для Среднеевропейского бассейна, ангидритов, характерных для Саудовской Аравии и смежных стран и т. д.), что исключает возможность попадания в широких масштабах нефти и газа из одних комплексов в другие.

Результаты анализов нефтей и органического вещества, содержащегося в породах отдельных стратиграфических комплексов, показывают, что по составу углеводородов, стабильных изотопов углерода, серы и водорода и по другим данным эти нефти и органическое вещество близки между собой и, наоборот, указанные компоненты разных стратиграфических комплексов существенно отличаются друг от друга. Так, нефти и органическое вещество каменноугольных отложений Волго-Уральской и Днепровско-Донецкой нефтегазоносных провинций сходны между собой по ряду показателей. В то же время нефти и органическое вещество девонских отложений по составу существенно отличаются от нефтей и органического вещества каменноугольных отложений. Аналогичную картину можно наблюдать и в Западной Сибири, где нефти юрских отложений по всем параметрам существенно отличаются от нефтей меловых и палеозойских отложений.

Правильность теории образования нефти и газа из органического вещества осадочных пород подтверждается и результатами проведенных в разных странах экспериментов, и материалами обобщения наблюдений над природными объектами. Как отмечалось, некоторые (исследователи у нас в стране и за рубежом провели (эксперименты, в которых имитировались условия, существующие на глубине. При этом в отличие от экспериментов, проводившихся в начале настоящего столетия, в качестве исходного вещества брались не какие-то искусственные химические соединения, наличие которых в земной коре неизвестно, а реальные осадки или осадочные породы, обогащенные органическим веществом. Эти породы помещались в автоклавы, где создавались Давления и температуры, реально существующие на глубинах в несколько километров. После многомесячных экспериментов было установлено, что при этом образуется все компоненты нефтей и углеводородных газов. Проведенные эксперименты, данные исследований природных объектов, а также теоретические основы кинетики химических процессов позволили создать математическую модель кинетики процесса нефтегазообразования. С ее помощью установлено, что на кинетику процессов нефтегазообразования основное влияние оказывают три фактора: состав исходного органического вещества, температура и время.

Правильность этой модели подтверждается самыми различными природными данными. Так, в частности, оказалось, что чем древнее отложения, тем ниже температура, при которой начался процесс интенсивного образования нефти. И это подтверждается данными по многим самым различным районам мира. Однако время не полностью может компенсировать температуру: в тех регионах, где отложения, обогащенные органическим веществом, не погрузились на достаточную глубину, т. е. не подверглись необходимому термическому воздействию, в них не образовалось заметных количеств нефти, а образовался только газ. Примерами этого являются верхнемеловые отложения Западной Сибири, майкопские отложения Ставрополья, мэотические отложения Северной Болгарии и т. д.

Влияние температур на степень преобразования органического вещества особенно хорошо изучено по ископаемым углям, как известно, образовавшимся из органического вещества наземных растений. Так, ископаемые угли Подмосковного бассейна, не испытавшие значительного погружения и, стало быть, не подвергшиеся действию высоких температур, - бурые, относительно слабо измененные, а угли Донбасса, которые начали образовываться в ту же раннекаменноугольную эпоху, что и угли Подмосковья, - каменные и даже в отдельных зонах переходят в полуантрациты и антрациты.

Правильность теории органического происхождения нефти подтверждается также и тем, что по мере углубления исследований как органического вещества, так и нефтей и газов между ними устанавливается все больше родственных связей. В самом деле, еще несколько десятилетий назад связи между этими веществами определялись лишь по сходству общего химического состава. С переходом на более тонкие виды анализов было выяснено, что соотношение различных групп углеводородов в органическом веществе и образовавшейся из него нефти близко. С переходом на молекулярный и атомарный уровни исследований удалось не только обнаружить индивидуальные углеводороды, которые из органического вещества перешли в нефть, но и установить "биологических" предшественников некоторых углеводородов, содержащихся в нефти, выявить генетическую связь этих веществ по изотопному составу углерода и серы.

Таким образом, гипотеза органического происхождения нефти, зародившаяся на основе преимущественно геологических данных по сравнительно ограниченному числу объектов, подтвердилась на огромном числе новых объектов (несколько десятков тысяч) и подкреплена многогранной химической информацией, корректно проведенными экспериментами, наконец, описывается различными математическими моделями. Следовательно, по всем современным критериям эта гипотеза вполне отвечает требованиям, предъявляемым к теориям и, стало быть, обоснованно называется теорией происхождения нефти и углеводородных газов.

Однако справедливость требует остановиться на критике этой теории и на доказательствах ошибочности, к сожалению, еще бытующих старых представлений о неорганическом происхождении нефти и углеводородных газов. Необходимо особо подчеркнуть, что сторонники старых, уже опровергнутых предположений существуют не только в нефтегазовой геологии. Американский ученый Т. Кун, проанализировавший научные революции во многих отраслях знаний[14], заключает: "Когда в развитии естественной науки ученый или группа исследователей создают синтетическую теорию, способную привлечь большинство представителей следующего поколения исследователей, прежние школы постепенно исчезают. Но всегда остаются ученые, верные той или иной устаревшей точке зрения". Об этом же пишет в интересной книге А. Сухотин[15]. В качестве примеров авторы указанных книг упоминают немецкого химика Р. Бунзена, не признавшего закон Д. И. Менделеева, Г. Галилея, вначале не принявшего систему Н. Коперника, которую также отрицал Ф. Бэкон, французского палеонтолога Ж. Кювье, отрицавшего учение Ч. Дарвина и т. д.

Обращает на себя внимание тот факт, что, возрождая в пятидесятых годах XX века представления о неорганическом происхождении нефти, авторы не смогли выдвинуть никаких принципиально новых аргументов по сравнению с теми, которые приводились в XIX веке. Результаты разработок, произведенных в течение почти тридцати лет (с 1951 года), не позволили создать какой-либо новой модели, принципиально отличающейся от моделей, предложенных ранее. Более того, даже те предположения, которые до научно-технической революции еще можно было считать обоснованием неорганического происхождения нефти, в настоящее время не подтвердились.

Начиная с А. Гумбольдта, все сторонники неорганического происхождения нефти в качестве одного из основных доводов приводили информацию о битумопроявлениях и залежах нефти и газа в магматических и метаморфических породах. Как видно из приведенного выше текста, подобные проявления достаточно надежно могут быть аргументированы и с позиции осадочно-миграционной теории происхождения нефти и углеводородных газов.

Одним из аргументов в пользу именно такого объяснения является тот факт, что указанные проявления как по числу, так и по объемам несоизмеримо меньше, чем в осадочном чехле.

Начиная со Страбона, почти все исследователи в качестве довода в пользу неорганического происхождения нефти приводили грязевые ,вулканы, считая, что их деятельность обусловлена близостью магматического источника. Еще И. М. Губкин доказал, что деятельность грязевых вулканов нефтегазоносных областей вызвана наличием углеводородных газов на глубине и, как установлено теперь бурением, под ними нет магматических очагов. Что касается грязевых вулканов вулканических областей, то при морфологическом сходстве их с грязевыми вулканами нефтегазоносных областей они отличаются от последних другим составом газов, среди которых преобладает двуокись углерода.

Прекрасным примером различной природы указанных типов грязевых вулканов являются недавно детально изученные четыре грязевых вулкана в бассейне реки Коперривер на Аляске. Как оказалось, из двух восточных грязевых вулканов поступает преимущественно углекислый газ, свидетельствующий о связи с магматическими очагами, газ двух западных грязевых вулканов состоит почти исключительно из метана, изотопный состав углерода которого свидетельствует об его связи с органическим веществом осадочных пород. Таким образом, аргумент, приводимый в течение почти двух тысяч лет в пользу неорганического происхождения нефти, в настоящее время является одним из важных доводов, доказывающих образование нефти и углеводородных газов из органического вещества, содержащегося в осадочных породах.

Пожалуй, более половины работ, посвященных обоснованию представлений о неорганическом происхождении нефти и углеводородных газов, содержит критику положений осадочно-миграционной теории происхождения нефти. При этом наряду с действительно дискуссионными приводятся положения, давно решенные и вполне доказанные. Авторы таких работ сначала пытаются доказать, что битумы, извлекаемые из горных пород при анализе с помощью растворителей, в действительности представляют собой новообразования, формирующиеся в процессе анализа в горячем хлороформе. Однако когда такие же битумы извлекаются из магматических или метаморфических пород, то обычно эта информация приводится как доказательство неорганического происхождения нефти.

Когда же эти аргументы опровергаются, сторонники неорганического происхождения нефти выдвигают обычно положение о том, что сами битумы являются вторичными и представляют собой следы "дыхания" залежей нефти, расположенных ниже. Наконец, если на конкретном материале им доказывают несостоятельность и этого аргумента, то выдвигают следующий: эти битумы в природных условиях не могут покинуть породы. Для подтверждения этого довода производят всякие расчеты, в которых приводится общая поверхность минеральных частиц и количество битума, которое не может даже покрыть эти частицы мономолекулярным слоем.

Непоследовательность таких аргументов очевидна: если указанных битумов нет в действительности, то их нет и в магматических и метаморфических породах, они не могут быть следами "дыхания" залежей и, наконец, они не должны покидать генерирующие породы. Но самое главное, что вопрос о наличии этих битумов не может вызывать сомнений. Дело в том, что, во-первых, эти битумы можно видеть простым невооруженным глазом непосредственно или под люминесцентной лампой. Еще лучше они заметны под люминесцентным микроскопом. Во-вторых, разработанная методика проведения анализов исключает возможность попадания заметных количеств (превышающих чувствительность анализов) новообразований, что прекрасно доказывается как контрольными анализами, так и анализами таких пород, не содержащих битумов.

Нельзя считать эти битумы и следами "дыхания" залежей уже потому, что их содержание в породах, как правило, контролируется составом последних. Породы же с повышенным содержанием битумов распространены как в зонах залежей нефти, так и вне их. Блестящим примером сказанного являются доманиковые отложения Волго-Уральской области, баженовская свита в Западной Сибири, отложения главного доломита верхнепермского возраста Среднеевропейского бассейна, которые содержат до 1-2% битумов на огромных пространствах, измеряемых сотнями тысяч и миллионами квадратных километров.

Наконец, всякие возражения об отсутствии возможности движения битумов в породах опровергаются непосредственными наблюдениями над природными объектами: всегда можно наблюдать заполнение битумом песчаных пород, залегающих среди глинистых или крупных пор в известняках; особенно хорошо видны следы миграции битумов в образцах под люминесцентной лампой и под люминесцентным микроскопом. Правда, остается несколько неопределенным механизм такой миграции. Высказываются различные точки зрения. Одни исследователи считают, что такая миграция происходит под действием сил, сжимающих породы по мере их погружения и уплотнения, другие полагают, что она обусловлена растворяющей способностью отжимающихся поровых растворов, третьи связывают ее с действием молекулярных сил.

Наконец, процесс миграции битумов наблюдается при лабораторном моделировании. Тот факт, что теоретически неоднозначно определен механизм процесса, отнюдь не должен являться доказательством невозможности развития такого процесса. Во многих областях наук установлены различные законы, теоретическая сущность которых еще не выяснена, однако это не является основанием для их отрицания. Так, в физике нет достаточно глубоких теоретических разработок, объясняющих природу гравитационных сил, но это не помешало еще И. Ньютону и всем последующим поколениям ученых выявить законы действия этих сил и многих обусловливающих их процессов. Датский астроном Т. Браге считал неприемлемой систему Н. Коперника потому, что не известны силы, заставляющие Землю вращаться вокруг Солнца.

Как отмечалось, основные закономерности распределения нефти и газа в земной коре полностью и достаточно корректно отвечают осадочно-миграционной теории происхождения нефти. Однако сторонники неорганического происхождения нефти выдвигают еще несколько "закономерностей", которые, якобы, должны подтверждать их точку зрения. Между тем детальный анализ всей имеющейся информации не подтверждает эти "закономерности".

Так, ряд сторонников указанной точки зрения утверждает, что во всех месторождениях нефть встречается, начиная от какого-то уровня и до метаморфических пород фундамента. На этом основании даже делается вывод о том, что во всех случаях необходимо разведывать месторождения до фундамента и даже на 700-800 м в верхней части последнего, хотя эта глубина ничем не обосновывается. Однако, как показано выше, ни в одном из нефтегазоносных регионов мира нет крупных залежей нефти и газа в метаморфических породах фундамента.

Вторая "закономерность", которую так старательно пытаются найти указанные исследователи, заключается в приуроченности месторождений к глубинным разломам. Если такое утверждение представлялось хоть в некоторой степени обоснованным во времена Д. И.Менделеева, когда на Кавказе были известны нефтяные месторождения лишь в районах Баку и на Кубани, а в США - лишь вблизи Аппалачского хребта, то теперь, когда такие месторождения открыты на всей территории Предкавказья, за многие сотни километров от большого Кавказа, а в США - почти на всей платформе, такое утверждение не только не имеет оснований, но и противоречит всему накопленному геологическому материалу. В самом деле, анализ информации о распространении нефтяных и газовых месторождений в пределах Предкавказья, Волго-Уральской провинции, Западной Сибири, Прикаспийской впадины, на всей территории США, Среднеевропейской нефтегазоносной и многих других провинций мира и сопоставление ее с данными о распространении глубинных разломов убедительно свидетельствуют о том, что прямой непосредственной связи между ними не существует.

Как можно видеть на тектонической карте мира, существует достаточно много достоверно установленных глубинных разломов, вблизи которых нет не только месторождений нефти и газа, но даже их признаков. Такова, например, характеристика Талассо-Ферганского, Предкопетдагского глубинных разломов, разломов, ограничивающих Западную Сибирь с юга, и многих, многих других. С другой стороны, само площадное распространение месторождений в перечисленных провинциях свидетельствует об отсутствии исключительно тесной связи распространения месторождений нефти и газа с глубинными разломами.

Однако, подчеркивая отсутствие такой прямой и непосредственной связи, все же нельзя отрицать наличие опосредствованных связей. В самом деле, в тех случаях, когда глубинные, разломы пересекают нефтегазоносные области, они влияют на расположение месторождений нефти и газа, обусловливая некоторую их концентрацию. Такое влияние связано с тем, что в зонах разломов лучше формируются коллекторы, а также ловушки, т. е. создаются благоприятные условия для аккумуляции нефти и газа в залежи. Там же, где нет толщ, в которых генерируются нефть и углеводородные газы, все эти ловушки оказываются пустыми. Это как раз и доказывает, что связь между нефтяными и газовыми залежами и глубинными разломами не генетическая, а только опосредствованная.

Как отмечалось в главе III, еще в 1889 году В. Д. Соколов, ссылаясь на информацию о наличии углеводородов в различных космических телах (звездах, планетах, метеоритах, межзвездном пространстве), высказал предположение о том, что нефть образовалась еще в том протопланетном облаке, из которого сформировались Земля и другие планеты. В 1955 году эту гипотезу попытался возродить английский астрофизик Ф. Хойль, по предположению которого на Венере имеются "океаны нефти". Однако результаты исследований поверхности этой планеты и ее атмосферы опровергают данное предположение. Нет углеводородов и в составе атмосферы Марса и других планет Земной группы. Правда, на гигантских планетах, характеризующихся совершенно другими термодинамическими условиями (отрицательными температурами от -100 до -220 °С), имеется метан. Но других углеводородов не обнаружено.

В последние 15 лет некоторые сторонники неорганического происхождения нефти в качестве одного из аргументов, подтверждающих правильность их точки зрения, выдвигают результаты расчетов и даже проведенных экспериментов, согласно которым нефть образуется при очень высоких температурах (900-1500°С). Однако как расчеты, так и эксперименты не заслуживают доверия, и - самое главное - даже если бы они были правильными и нефть действительно образовалась на глубинах свыше 100 км, она не могла бы попасть, не разлагаясь, в ловушки, расположенные на глубинах от нуля до 10 км. Сам принцип произведенных расчетов неверен, так как нефть не представляет замкнутую термодинамическую систему, в которой соотношения равновесных пар углеводородов не изменяются в течение длительного существования залежи. Доказательством неправомерности таких подсчетов является тот факт, что в зависимости от того, какие взяты пары углеводородов, можно для одной и той же нефти получить расчетные температуры образования от -170 до +1075 °С. Мало того, поскольку для очень высоких температур нет экспериментальных данных, то все расчеты в областях высоких температур основаны на экстраполяции выявленных связей. Между тем хорошо известно, что для таких неустойчивых соединений, какими являются углеводороды, связи, действующие в области низких температур, не могут существовать в областях высоких и сверхвысоких температур.

Что касается результатов экспериментов, то те незначительные количества углеводородов, которые якобы получены при их проведений, никак не могут быть интерпретированы однозначно по следующим причинам. Во-первых, нигде не показана "чистота" эксперимента, т. е. не приведены результаты "холостого" опыта. Между тем такие ничтожные количества тяжелых углеводородов могут быть получены даже из "загазованного" воздуха, не говоря уже об углеводородах из смазки, прокладок или даже вследствие недостаточной "стерильности" коммуникаций. Во-вторых, в качестве объекта взят образец мрамора из Мраморошского карьера в Львовской области. Однако, как показали наши исследования, в этом мраморе содержатся сорбированные углеводородные газы.

Подводя итоги анализа всех аргументов, приводимых в качестве обоснования представлений о неорганическом происхождении нефти и углеводородных газов, можно отметить следующее. За более чем столетний период не выявлено ни одного принципиально нового факта или группы фактов, подтверждающих правильность указанной точки зрения. Наоборот, полученная за прошедшие годы новая информация опровергла многие аргументы. Не менее важно, что даже те небольшие прогнозы, которые были сделаны, исходя из представлений о неорганическом происхождении нефти (поиски залежей вдоль разломов, в породах фундамента и др.), не подтвердились, и если бы геологи-практики руководствовались этими представлениями, то большинство известных в настоящее время месторождений и даже целых провинций (например Западно-Сибирская, Прибалтийская и др.) так и не было бы открыто.

Подтверждается критерий Т. Куна, заключающийся в том, что "...ученые, верные той или иной устаревшей точке зрения, выпадают из дальнейших совокупных действий представителей их профессии". Почти 20 лет ни на одном из международных нефтяных, газовых и геологических конгрессов не обсуждаются предположения о неорганическом происхождении нефти. Мало того, за это время проведено шесть конгрессов по органической геохимии, материалы которых свидетельствуют о постоянном прогрессе в развитии осадочно-миграционной теории происхождения нефти и углеводородных газов.

Если сравнивать степень обоснованности осадочно-миграционной теории происхождения нефти и представлений об ее неорганическом происхождении, то символически первую можно себе представить в виде дворца науки, воздвигнутого на прочном современном фундаменте, а вторые - в виде хатки, построенной еще в прошлом столетии, опора которой разрушается под "ударами" расширяющегося потока информации (рис. 39).

Рис. 39. Так можно себе представить состояние и обоснование теории осадочно - миграционного происхождения нефти и углеводородных газов и предположений об их неорганическом происхождении

Глава VII. Практика - лучший критерий правильности теории

Практика правильности теории

Любая самая представительная теория или гипотеза, какими бы стройными ни были подкрепляющие ее аргументы, не имеет права на существование, если не подтверждается практикой. Это положение марксистской философии особенно актуально в настоящее время, в век научно-технической революции, когда наука стала производительной силой и когда открылись огромные потенциальные возможности сравнительно быстрой проверки многих гипотез и предположений. Особенно наглядно это видно на примерах физики, космогонии и других наук. Так, если раньше выдвинутая гипотеза о Наличии каких-то новых элементарных частиц могла обсуждаться в течение многих десятилетий и оставаться спорной, то теперь многие из подобных предположений могут быть проверены с помощью ускорителей или других сложнейших приборов в течение менее чем десятка лет и получить подтверждение или быть опровергнутыми. Даже такая "неуловимая" частица как нейтрино в конечном итоге "поймана" благодаря сложнейшим и весьма остроумным экспериментам, проводимым в нашей стране и за рубежом.

В последние десятилетия была, наконец, однозначно решена проблема марсианских каналов, мучившая человечество на протяжении почти целого века. Не прошлo и двух десятилетий, как была доказана необоснованность предположений английского астрофизика А. Хойля (1955 год) об "океанах нефти" на Венере.

Указанные обстоятельства повышают ответственность ученых, выдвигающих ту или иную гипотезу.

В самом деле, если раньше наличие многих взаимно исключающих гипотез не вредило развитию любой отрасли знаний, так как в лучшем случае вызывало оживленные дискуссии в узком кругу специалистов (причем нередко правым оказывался не тот, кто более обстоятельно обосновывал свою точку зрения, а тот, кто был более остроумным и бойким), то теперь для проверки почти каждой гипотезы затрачиваются средства, время, труд иногда огромных коллективов. Общеизвестно, что такие отвлеченные гипотезы, как источники той или иной древней культуры и средства и пути миграции народов, волновали раньше лишь несколько десятков узких специалистов, и отчеты о соответствующих исследованиях покрывались многолетней пылью. Теперь для проверки таких гипотез снаряжаются специальные экспедиции, десятки, а то и сотни людей, нередко рискуя жизнью, на плотах и утлых лодчонках в течение многих месяцев пересекают моря и океаны или отправляются в джунгли и другие необитаемые места. Достаточно вспомнить путешествия Тура Хейердала, многочисленные экспедиции по международным проектам, направленные на изучение различны глобальных проблем, таких как определение факторов, влияющих на процессы, происходящие в атмосфере, гидросфере, коре и мантии Земли и т. д.

Еще большую ответственность несут ученые, выдвигающие ту или иную гипотезу, связанную с образованием полезных ископаемых, так как недостаточно обоснованная гипотеза может вызвать излишние затраты средств и времени не только в связи с ее проверкой, но и вследствие ухода с поисковыми работами в менее перспективные районы. Неправильные гипотеза или даже предположение могут явиться причиной того, что имеющиеся в природе месторождения вообще не будут открыты.

Рассматривая с этих позиций влияние представлений о происхождении нефти и углеводородных газов на практику проведения в нашей стране поисковых работ, следует отметить, что примерно до начала тридцатых годов настоящего столетия это влияние было сравнительно небольшим потому, что указанные работы велись в тех регионах, где ранее были уже открыты месторождения нефти и газа, а выбор новых районов производился в основном по наличию прямых признаков этих ископаемых.

Однако уже в начале тридцатых годов вопрос о выборе объекта для "Второго Баку" можно было решать только на базе каких-то определенных теоретических представлений. Затем с конца сороковых годов практика поисковых работ все время ставила перед наукой вопросы о направлениях поисковых работ в "старых" районах, таких как Грозненский, Краснодарский и другие, а также при выборе регионов для подготовки "Третьего Баку". Особенно важную роль играла теоретическая база в периоды временных неудач поисков нефти и газа в новых регионах: после проведения значительного количества поисковых скважин, оказавшихся безрезультатными, естественно возникал вопрос о целесообразности продолжения этих работ в дальнейшем. И нередко представители различных гипотез о происхождении нефти приходили к диаметрально противоположным выводам: одни настаивали на продолжении работ, другие считали данные регионы бесперспективными и предлагали прекратить в них поисковые работы.

В настоящее время актуальность правильных прогнозов еще больше возросла, так как регионы с прямыми признаками нефти и газа уже опоискованы, верхние горизонты во всех нефтегазоносных провинциях в значительной мере разведаны (за исключением, быть может, неструктурных ловушек), и теперь объектами поисковых работ являются глубокозалегающие горизонты в "старых" регионах и новые регионы с особо сложными геологическими и географическими условиями (например, Восточная Сибирь и многочисленные акватории).

Огромная стоимость поисковых работ в этих регионах и условиях требует и более достоверных прогнозов, которые могут быть сделаны лишь на достаточно серьезном теоретическом основании. Вот почему влияние теоретической основы нефтегазовой геологии, стержнем которой является проблема происхождения нефти и углеводородных газов, будет возрастать как в ближайшем, так и в отдаленном будущем.

За рубежом, судя по литературным данным, теоретические предпосылки в отношении происхождения нефти и углеводородных газов определяли направление поисковых работ в Канаде в 1905 году. Ю. Кост утверждал, что при поисках нефти в Канаде он руководствовался представлениями о глубинном происхождении нефти и направлял поисковые скважины вдоль трещиноватых или нарушенных зон. Поскольку вдоль этих зон были открыты месторождения, Ю. Кост считал, что практика подтвердила его представления.

Однако, анализируя ретроспективно направления этих работ в свете действительного распределения месторождений нефти и газа в Канаде, можно видеть, что выбранные направления не были оптимальными, поскольку крупные месторождения были открыты значительно позже, совершенно в других районах и горизонтах. В настоящее время стало очевидным, что месторождения нефти и газа в Канаде не имеют линейного расположения; они в значительной мере приурочены к древним рифам, которые существовали в девонском море.

Рассмотрим в историческом аспекте проверку практикой поисковых работ различных представлений о происхождении нефти и углеводородных газов. Весьма показательна в этом отношении история поисков и открытия нефти в Волго-Уральской провинции. Как отмечалось в главе V, геолог Г. Д. Романовский, наблюдавший примазки асфальта в районе Самарской Луки в 1864 году, исходя из представлений об образовании нефти при вулканических процессах, оценивал перспективы открытия месторождений в этом районе невысоко и давал очень осторожные рекомендации о направлении поисковых работ.

Однако после того как Г. Д. Романовский в результате изучения нефтяных месторождений США и, вероятно, знакомства с представлениями американских геологов стал сторонником образования нефти при медленном нагревании органического вещества, он начал более уверенно оценивать перспективы открытия месторождений нефти и говорить о месте возможного ее залегания, определяя его в девонских и каменноугольных слоях. Г. Д. Романовский писал: "Я вполне уверен, что в Самарской губернии под пермскими песчаниками непременно заключаются бассейны жидкой нефти и горного масла и углеродистые газы". Эту точку зрения разделяли и геологи А. А. Штукенберг и А. П. Павлов, работавшие в этой области двадцать лет спустя. Но позже, уже в начале XX столетия, работавшая в Волго-Уральской провинции большая группа геологов - А. А. Краснопольский, А. П. Иванов, А. В. Нечаев, А. Н. Замятин и другие - считали, что наблюдавшиеся на поверхности залежи гудрона являются первичными и, как следствие этого, отсутствуют перспективы нефтегазоносности более глубоких горизонтов. Заключение таких крупных геологов, безусловно, отрицательно повлияло на проведение поисковых работ и задержало открытие всей провинции. Небезынтересно, что среди геологов, давших отрицательную оценку перспектив нефтегазоносности Волго-Уральской провинции, был А. П. Иванов, который, как отмечалось, не имел определенных представлений о происхождении нефти.

В противоположность этому академик А. Д. Архангельский, подтвердивший в своих работах органическое происхождение нефти, в 1929 году высоко оценил перспективы нефтеносности Волго-Уральской провинции и считал, что в этой провинции должны быть залежи нефти в каменноугольных и девонских отложениях.

Почти одновременно академик И. М. Губкин, исходя из представлений об органическом происхождении нефти, дал высокую оценку перспектив нефтегазоносности Волго-Уральской провинции и, самое главное, сумел добиться расширения работ в ней, которые, как известно, привели к открытию крупных месторождений нефти, созданию "Второго Баку". Это явилось, с одной стороны, подтверждением правильности гипотезы образования нефти из рассеянного органического вещества, а с другой стороны, свидетельствовало о возможности открытия на базе указанной гипотезы новых нефтегазоносных провинций.

Второй раз в нашей стране эта гипотеза подтвердилась открытием в 1944 году залежей нефти в девонских отложениях Волго-Уральской провинции. Обосновали и проводили поисковые работы А. А. Трофимук и другие геологи, также стоявшие на позициях гипотезы образования нефти из рассеянного органического вещества осадочных пород.

Весьма серьезной проверке подверглась гипотеза органического происхождения нефти в пятидесятые годы настоящего столетия, т. е. именно тогда, когда у многих возникли сомнения в ее правильности. Так, на основании представлений о газопроизводящей роли майкопских отложений были начаты работы по поискам газа в Центральном Предкавказье, которые в 1950 году увенчались открытием крупнейшего в то время в стране Пелагиадинского газового месторождения. Тремя годами позже была открыта новая нефтегазоносная область - Восточное Предкавказье, где, по мнению Д. И. Менделеева, не должно было быть месторождений, если исходить из "минеральной гипотезы" происхождения нефти.

Вторая половина пятидесятых годов в нашей стране ознаменовалась особенно острыми дискуссиями между сторонниками гипотез органического и неорганического происхождения нефти, в это время проверялась их практическая ценность. В конце 1957 и начале 1958 годов была поставлена под сомнение целесообразность продолжения поисковых работ в Западной Сибири ввиду того, что, кроме небольшого газового месторождения в Березове, ничего обнаружить не удалось. Основными аргументами, убедившими специальную комиссию в перспективности данной территории, были геохимические и палеогеографические карты, составленные большим коллективом геологов и геохимиков под руководством Н. Н. Ростовцева, считавших, что нефть образуется из рассеянного органического вещества. В то же время сторонники представления о неорганическом происхождении нефти отрицательно оценивали перспективы нефтеносности Западно-Сибирской низменности и считали, что нефть скорее можно будет найти в Кузнецкой и Минусинской котловинах, чем в пределах низменности.

Торжеством гипотезы органического происхождения нефти явилось открытие Газлинского газового месторождения, поскольку поиски нефти и газа в пределах Туранской плиты проводились исходя из представлений об органическом происхождении нефти и углеводородных газов.

За рубежом в пятидесятые годы настоящего столетия все поисковые работы в новых провинциях проводились на основании концепции органического происхождения нефти и углеводородных газов, в связи с чем сопровождались геохимическими исследованиями разрезов и площадей. Сделанные по результатам таких исследований прогнозы блестяще подтвердились открытием крупных нефтяных и газовых месторождений в Северной (Хасси-Мессауд, Хасси-Р'Мель, Зелтен и др.) и Западной Африке (в Нигерии, Анголе и др.)- Советскими специалистами, помогавшими геологам Индии в поисках нефти и газа, была открыта новая нефтегазоносная провинция - Камбейская.

Проведенные в нашей стране теоретические разработки в отношении формирования залежей нефти и газа из рассеянного органического вещества осадочных пород позволили в конце пятидесятых годов дать прогноз перспектив нефтегазоносности многих акваторий мира, в том числе: северо-западной части Черного моря, присахалинской части Охотского моря, Северного моря, различных частей Средиземного моря, прибрежных частей Атлантического океана (у берегов Африки, Южной и Северной Америки), Индийского океана (Камбейский залив, Яванское море, приавстралийская часть, Макассарский пролив), Тихого океана (Южно-Китайское, Японское, Тасманово мбря, залив Кука) и Северного Ледовитого океана (море Боффорта и др.).

Почти во всех перечисленных акваториях в шестидесятые-семидесятые годы были открыты крупные месторождения нефти и газа, что подтверждало правильность теоретических предпосылок.

Все рекомендации о направлениях нефтегазопоисковых работ, сделанные сторонниками представлений о неорганическом происхождении нефти и углеводородных газов в течение почти трех последних десятилетий, можно обобщить в следующие группы поисков залежей нефти и газа: 1) вблизи зон магматической деятельности (интрузий основных пород и др.), 2) вблизи глубинных разломов и 3) в фундаменте. При этом в большинстве случаев все рекомендации касались регионов, в пределах которых уже были известны месторождения нефти и газа.

За тридцать лет (с 1951 года), в течение которых производятся попытки возродить представления о неорганическом происхождении нефти и углеводородных газов, был назван только один новый регион - Кольский полуостров, в котором, по мнению А. И. Кравцова, должны быть месторождения углеводородных газов. В этом отношении даже у Д. И. Менделеева рекомендации были значительно более широкими (вдоль всего Кавказского хребта) и реальными уже потому, что, конечно, перспективы открытия новых месторождений нефти и газа вдоль Кавказского хребта были значительно более высокими, чем перспективы открытия залежей газа на Кольском полуострове.

Таким образом, за 100 лет, прошедших после рекомендаций Д. И. Менделеева, сторонники неорганического происхождения нефти и углеводородных газов принципиально не улучшили практические рекомендации в отношении выбора новых регионов для поисков нефти и газа и не смогли обосновать перспективы нефтегазоносности ни одного нового региона.

Особо следует остановиться на рекомендуемых в течение более двух десятилетий сторонниками неорганического происхождения нефти направлениях поисков нефти и газа в породах, залегающих под осадочным чехлом. При этом указанные рекомендации аргументируются обычно примерами открытия залежей нефти в породах фундамента в США, Венесуэле, Марокко и некоторых других странах. Между тем во всех хорошо разведанных районах этих стран, где были открыты залежи нефти в породах фундамента, эти залежи по содержащимся в них запасам нефти оказались весьма незначительными, и, как правило, добыча из них составляет менее 0,1 % количества нефти, добываемой в данном районе (в штате Канзас, в Западной Венесуэле). В Марокко же объем нефтяных залежей был столь незначителен, что они уже давно выработаны.

Таким образом, хорошо, что наши геологи-практики не слушали рекомендаций сторонников неорганического происхождения нефти и углеводородных газов, ибо в противном случае они не открыли бы ни Самотлор, ни Уренгой в Западной Сибири, а бурили бы скважины где-то в Кузбассе или в Минусинском бассейне, где в лучшем случае обнаружили бы мелкие скопления газа. То же можно сказать и в отношении поисковых работ в Днепровско-Донецкой впадине, в пределах которой сторонники неорганического происхождения давно предлагают бурить скважины глубиной 6000-7000 м с тем, чтобы искать нефть и газ в породах фундамента. Если бы геологи-практики вняли этим рекомендациям, то не открыли бы ни крупное газовое месторождение Западные Крестищи, ни нефтяное месторождение Анастасиевское, а в лучшем случае обнаружили бы признаки нефти и газа в отдельных скважинах. Ведь уже более 130 скважин, достигших пород фундамента, ничего в нем не обнаружили.

Точно так же сторонники неорганического происхождения нефти рекомендовали сосредоточить усилия для поисков нефти в фундаменте на территории Коми АССР. Если бы геологи следовали их рекомендациям, то не были бы открыты ни Вуктылское газоконденсатное, ни Усинское нефтяное, ни другие месторождения.

Наконец, об отсутствии значительных перспектив нефтегазоносности пород фундамента в Волго-Уральской провинции свидетельствуют и результаты пробуренных скважин: фундамент вскрыт во многих скважинах, в то же время нефть в нем встречена лишь в виде признаков.

Таким образом, анализируя подтверждаемость практикой различных представлений о происхождении нефти и углеводородных газов, можно констатировать следующее: оценки перспектив нефтегазоносности территорий и акваторий и рекомендации о направлениях поисков нефти и газа в них, разрабатываемые на базе сначала предположений, а затем и теории осадочно-миграционного происхождения нефти и углеводородных газов, подтверждаются на протяжении более 100 лет (с 1864 года). Именно благодаря этим теоретическим предпосылкам, у нас в стране и за рубежом открыты многочисленные нефтегазоносные провинции, обеспечивающие непрерывный рост количеств нефти и газа, добываемых в мире (в 1979 году свыше 3,25 млрд. т, и свыше 1,5 трлн. м^3).

Примечательно, что почти все оценки перспектив нефтегазоносности и рекомендации о направлениях поисковых работ, сделанные на базе представлений о неорганическом происхождении нефти и углеводородных газов, ибо не подтвердились (отрицательная оценка Западной Сибири и Прибалтики), либо в лучшем случае привели могут привести к открытию весьма и весьма незначительных залежей. На базе этих представлений за более чем столетний период не было сделано ни одного прогноза, не было дано ни одной рекомендации, которые способствовали бы открытию новых регионов и даже месторождений.

Таким образом, длительная практика поисковых работ подтверждает правильность теории осадочно-миграционного происхождения нефти и углеводородных газов. Более того, только эта теория смогла обеспечить столь длительный и устойчивый рост добычи нефти и газа как в нашей стране, так и во всем мире.

Глава VIII. Что же дальше?

Что же дальше?

В науке, в отличие от детективной литературы, раскрытие какой-либо тайны не является концом истории, а, наоборот, служит началом новой: на месте одной решенной проблемы возникает несколько новых, гораздо более широких или глубоких. Решение каждой научной проблемы раньше сравнивали с достижением высоты, откуда существенно расширялся горизонт. В геологии, да и в других "земных науках", решение любой крупной проблемы, вероятно, лучше всего сравнивать с "повышением" гипсометрического уровня наблюдений. В самом деле, пока наблюдатели "ползали" по земле и детально изучали многие стороны рельефа и геологии, хотя и было открыто очень много месторождений полезных ископаемых и высказано много гипотез и идей, все же многое оставалось предположительным и даже неизвестным.

С конца сороковых годов благодаря развитию авиации удалось "поднять" точки наблюдения на 3-5 км над землей, и с помощью разработанных аэрогеологических, аэровизуальных методов познание и современных процессов, и геологического строения существенно расширилось. Развитие космонавтики способствовало тому, что с конца шестидесятых годов "точки наблюдения" Поднялись на высоту нескольких сотен километров, и методы космической геологии позволяют не только увидеть одновременно континенты, океаны и моря, но и г знать многие особенности их глубинного геологического строения. Не случайно, например, благодаря космическим снимкам удалось получить подтверждение высказанного предположения о смещении Аравийского полуострова по Мертвоморско-Акабскому глубинному разлому. Общеизвестно, что методы космической геологии оказывают существенную помощь в открытии новых месторождений нефти, газа, различных руд и других полезных ископаемых.

Точно так же обстоит дело и в нефтегазовой геологии. Теперь после создания осадочно-миграционной теории происхождения нефти и углеводородных газов, с одной стороны, возникли новые проблемы, с другой - открылись такие широкие возможности для решения весьма актуальных для практики поисковых работ вопросов, о которых раньше нельзя было и мечтать. В самом деле, поскольку нефть образуется из ископаемого органического вещества в результате развития определенных химических процессов, познание последних только тогда будет полным, когда их можно будет описать определенными уравнениями химических реакций с указанием не только количества исходных веществ и продуктов реакции, но и их термодинамических констант. Вот тогда и для каждой нефти можно будет создать модель ее образования и по информации о термодинамической истории региона достаточно точно определять количество и качество образовавшихся нефтей и углеводородных газов.

Мало того, поскольку, как показывают результаты проведенных исследований, нефть и газы, генерированные одной толщей пород, по ряду признаков (соотношению отдельных углеводородов, содержанию редких элементов, изотопному составу углерода, серы и водорода и т. д.) могут отличаться от аналогичных веществ, генерированных другой толщей, открывается широкая возможность для идентификации нефтей в залежах и определении с помощью ЭВМ (по программе распознавания образов и др.) доли влияния каждой генерирующей толщи в формировании конкретных залежей. Это, в свою очередь, позволит определять пути миграции нефтей и газов и, следовательно, повысит степень достоверности прогноза перспектив нефтегазоносное™ ловушек, находящихся на путях миграции. Кроме того, можно существенно повысить эффективность прямых методов поиска нефтяных и газовых месторождений.

Таким образом, продолжение исследований с применением всех новейших методов анализов веществ и обработки поступающей информации позволит с достаточной степенью надежности прогнозировать количество и качество нефти и газа в пределах отдельных площадей до проведения в них глубокого бурения и тем самым максимально повысить эффективность поискового бурения. Особенно важным представляется определение глубинных границ распространения залежей нефти, конденсата и газа в конкретных регионах: в настоящее время максимальные глубины, с которых получены притоки нефти, составляют 6542 м, газа - 8082 м. Однако это не может свидетельствовать о действительных максимальных глубинах возможного залегания нефти и газа: не исключено, что в районах, характеризующихся более низким геотермическим градиентом, например в Южно-Каспийском бассейне, Прикаспийской впадине и других, залежи указанных ископаемых имеются и на значительно больших глубинах.

Знание максимальных глубин залегания нефти и газа необходимо уже потому, что возможности бурения непрерывно возрастают. Не менее важно повышение степени достоверности прогнозов при поисках нефти и газа в пределах акваторий, где стоимость проведения работ несоизмеримо выше, чем на суше.

Анализируя задачи, которые возникают перед поисково-разведочными работами на нефть и газ, надо иметь в виду следующие обстоятельства. Во-первых, в любом регионе по мере проведения поисковых работ сначала открывают наиболее легко выявляемые месторождения и лишь затем всё более и более трудно выявляемые залежи на больших глубинах или со сложными условиями залегания. Примером может служить открытие в Западной Канаде месторождения Западная Пембина на расстоянии всего 10 км от выявленного 25 лет назад и разрабатываемого месторождения Пембина. Правда, в новом месторождении нефтяная залежь залегает на глубине 2750 м, в то время как в ранее открытом глубина залегания залежи была равна 914-1870 м. При этом начальные запасы ранее открытого месторождения составляли 208 млн. т (осталось в настоящее время всего 88 млн. т), а во вновь открытом оцениваются в 130-60 млн. т. Как правило, начальные оценки всегда оказываются заниженными, и можно полагать, что в действительности запасы окажутся больше.

Детальные геохимические исследования позволяют прогнозировать наличие залежей нефти во всем стратиграфическом разрезе. Более того, используя геохимическую информацию, можно с достаточной степенью надежности проследить пути миграции нефти и газа из зон генерации к зонам аккумуляции и таким образом определить те участки зоны, в пределах которых ловушки будут заполнены углеводородами. При этом, учитывая термодинамические условия и общие физические законы распределения и миграции газообразных и жидких флюидов, можно прогнозировать фазовый состав углеводородов в таких залежах, т. е. определять, какие залежи (нефтяные, газовые или газоконденсатные) могут содержаться в еще не открытых месторождениях.

Создание моделей образования залежей нефти и конденсата может оказать существенную помощь и при решении другой важнейшей научно-технической проблемы - повышения коэффициента нефте- и конденсатоотдачи пластов. Дело в том, что существующими методами добычи из недр извлекается обычно не более 25 % содержащейся в них нефти, а нередко и меньше. Реже эта величина повышается до 33-35 % и лишь в очень редких случаях превышает 50%, Остальная нефть остается в пластах не извлеченной.

Актуальность решения этой проблемы очевидна и не нуждается в комментариях. Повышение коэффициента нефтеотдачи равносильно открытию новых месторождений. При этом "открытие" таких месторождений в технико-экономическом плане несоизмеримо более выгодно, чем открытие новых месторождений: ведь отпадает необходимость в проведении дорогостоящих геологоразведочных работ, бурении эксплуатационных скважин, обустройстве промыслов и т. д.

Исследования, связанные с выявлением условий образования нефти и углеводородных газов, необходимо проводить еще в одном направлении - изучении распределения углеводородных газов, растворенных в подземных водах.

По подсчетам многих специалистов, количество таких газов поистине огромно, исчисляется сотнями триллионов кубических метров. Так, только в Западной Сибири в подземных водах растворено на два порядка больше углеводородных газов, чем их содержится в залежах. Совершенно очевидно, что по мере завершения разработки газовых месторождений возникнет потребность в извлечении и растворенных в воде газов. Правда, пока еще не разработан достаточно экономичный метод извлечения этих газов, хотя в небольших количествах они добывались в Японии и некоторых других странах.

Можно не сомневаться в том, что в случае необходимости такой метод будет разработан, и растворенные в воде газы станут такими же полезными ископаемыми, как и газы газовых месторождений. Следовательно, уже сейчас необходимо достаточно уверенно установить закономерности распространения таких газов, условия их накопления, методы поисков, которые могут быть наиболее эффективными, лишь если условия их образования будут надежно теоретически обоснованы. Исходя из современной осадочно-миграционной теории, можно рассчитать, сколько и каких газов образовывалось на разных стадиях геологического развития той или иной теории или акватории и, располагая информацией о термодинамических условиях, определить, какая часть этих газов растворялась в подземных водах.

На газонасыщенность подземных вод влияет и их соленость, т. е. количество содержащихся в них солей: как правило, с увеличением солености вод количество содержащихся в них газов резко снижается. По этой причине для прогнозирования количества содержащихся в водах газов необходимо знать не только "историю" движения подземных вод, но и историю изменения их состава.

В настоящее время поисковые работы и разработка залежей нефти и газа ведутся только в пределах шельфа, на глубинах водных бассейнов до 100, редко до 150-200 м, хотя отдельные скажины пробурены и на глубине 1204 м (у берегов Суринама в 1977 году). Совершенно очевидно, что в ближайшее время возникнет необходимость в поисках нефти и газа и на других морфоструктурных элементах морского дна: континентальном склоне, континентальном подножии, внутриокеанических поднятиях и, вероятно, в последнюю очередь в глубоководных желобах. Прогноз нефтегазоносности таких частей акваторий возможен только на базе достаточно разработанной и хорошо апробированной теории, потому что, во-первых, в пределах перечисленных элементов морского дна еще не открыто ни одного месторождения, за исключением лишь участка Средиземного моря у берегов Испании, где при глубине дна 670 м был получен из скважины приток нефти дебитом 223 т/сут.

Во-вторых, с увеличением глубины водного бассейна сильно повышается стоимость бурения и оборудования, вследствие чего необходимо существенно повысить степень надежности прогнозирования. По указанным причинам требуется проведение дальнейших исследований условий накопления органического вещества, его преобразования в нефть и газ в пределах континентального склона, континентального подножия, внутриокеанических поднятий и глубоководных желобов.

Исследования, связанные с дальнейшим углублением теории происхождения нефти и газа, могут оказать существенную помощь при поисках не только этих, но и других полезных ископаемых, генетически или морфологически связанных с первыми.

Как отмечалось, в настоящее время нефть и газ не только являются источниками углеводородов, но и используются как сырье для получения содержащихся в них в виде примеси различных компонентов в промышленных количествах. Так, при очистке сернистых нефтей извлекаются значительные количества серы, столь необходимой промышленности и сельскому хозяйству. При значительных содержаниях в нефти практический интерес могут представлять и различные редкие элементы, такие как ванадий и др.

Вероятно, читателям известно о том, что сероводород из "вредной" примеси в природных газах превратился в весьма полезный компонент, извлечение которого приносит большую пользу народному хозяйству. Так, уже в настоящее время значительная часть потребности народного хозяйства нашей страны в сере покрывается за счет сероводорода, который извлекается с помощью нескольких заводов из газа Оренбургского месторождения и некоторых месторождений Средней Азии.

Особый интерес в этом отношении представляет залежь Астраханского месторождения, освоение которого предусмотрено в "Основных направлениях экономического и социального развития СССР на 1981 - 1985 годы и на период до 1990 года".

Вторым неуглеводородным компонентом природных газов, который при определенных содержаниях может представлять промышленный интерес, является гелий. Попутное извлечение этого весьма ценного и важного для народного хозяйства сырья из газов, добываемых для других целей, может дать огромный экономический эффект.

При определенных условиях могут представлять промышленный интерес и такие часто содержащиеся в природных газах в значительных количествах компоненты, как углекислый газ, азот и др. Промышленное применение углекислого газа весьма разнообразно - от газированной воды до искусственного льда. Что касается азота, то его использование в промышленности все расширяется, но особенно он необходим при производстве удобрений.

Совершенно очевидно, что достоверный прогноз о наличии в нефтях и газах перечисленных выше и других полезных компонентов возможен лишь в том случае, если будет определено, когда и как попадают они в нефть и природный газ, что неотделимо от определения механизма условий их образования. Поэтому дальнейшие теоретические разработки в области генезиса нефти и газа должны быть направлены на выявление реакций условий их развития, в результате которых в нефть и газ попадают различные неуглеводородные компоненты.

Уже давно было замечено, что с битуминозными породами и углеводородными газами ассоциируют месторождения рудных полезных ископаемых: урана, ртути, винца и др. Это связано с сорбционными свойствами битуминозных пород и со специфической геохимической обстановкой, создающейся в этих породах внутри и вокруг нефтяных и газовых месторождений, особенно во время их разрушения. Поэтому исследования необходимо направить на выявление геохимических и физико-химических условий скоплений битумов и формирования разрушения нефтяных и газовых месторождений. В наш космический век, когда стремительно развиваются исследования планет и других космических тел, необходимы прогнозы о возможности наличия жидких и

Газообразных углеводородов Ё их газовых оболочках и на поверхности. Это нужно для комплектования аналитических приборов в посылаемых на указанные объекты аппаратах, для выбора материалов, из которых должны изготавливаться подобные аппараты и в дальнейшем для определения мер защиты космонавтов.

Решение данной проблемы представляет также и научный интерес, поскольку оно должно объяснить наличие углеводородов в атмосфере некоторых планет, метеоритах и других космических телах и их связи с нефтью и залежами углеводородных газов на Земле. Для этого, очевидно, имеет смысл рассмотреть хотя бы в первом приближении круговорот в масштабе всей Вселенной химических элементов, образующих углеводороды (рис. 40).

Рис. 40. Общие циклы углерода и водорода во Вселенной

Начнем с водорода. Как известно, это самый распространенный во Вселенной химический элемент, составляющий в виде плазмы более половины массы Солнца и большинства звезд, основную часть газов межзвездной среды и газовых туманностей, встречающийся в атмосферах ряда планет и в кометах как самостоятельно, так и в виде соединений с рядом элементов: углеродом, азотом, кислородом, кремнием, фосфором и др. Водород участвует также в корпускулярном излучении Солнца и космических излучениях, в виде протонов образует внутренний радиационный пояс Земли. В земной коре этот элемент составляет 1 % по весу и 16 % по числу атомов. Круговорот водорода в природе образуется из "кругов" разных масштабов в пределах: 1) поверхности Земли и земной коры, 2) земного шара и всей Солнечной системы и 3) всей Вселенной.

Углерод по распространенности во Вселенной занимает четвертое место (по числу атомов). Число атомов этого элемента на три порядка меньше числа водородных атомов. Углерод составляет 0,04 % Земли в целом и 0,23 % земной коры. Среди всех химических элементов он выделяется исключительным разнообразием природных соединений, среди которых преобладают соединения органического происхождения. Число их видов исчисляется миллионами, они являются объектом исследований обширной самостоятельной ветви химических наук - органической химии. Число видов неорганических соединений углерода исчисляется сотнями: известно до 200 неорганических минералов углерода, в ток числе самородные формы (графит и алмаз) и весьма распространенные карбонаты. Круговорот углерода состоит из "кругов" разного масштаба. Во многих "точках" различных "кругов" углерод и водород "соприкасаются" друг с другом, в связи с чем имеются потенциальные возможности синтеза углеводородов, в том числе и их радикалов, которые неустойчивы на Земле. О реализации этих возможностей свидетельствуют и данные о наличии углеводородов в метеоритах типа "углистых хондритов", в атмосферах больших планет - Юпитера, Сатурна, Урана, Нептуна и их спутников, о наличии углеводородных радикалов в кометах, межзвездном газе, на Солнце и т. д.

Безусловно, имеющаяся информация о распространении углеводородов во Вселенной далеко не отражает их истинного распространения, и среди известных 1020 звезд, более 100 миллионов которых имеют сходство с нашим Солнцем, весьма вероятно развитие процессов синтеза углерода с водородом. Однако, исходя из законов химической термодинамики, можно ожидать, что это должны быть ряды углеводородов, отражающие условия синтеза, например резкое преобладание одного метана и т. п., они не должны обладать оптической активностью, среди них не могут встречаться порфирины, они должны быть обогащены тяжелым изотопом углерода 13С. И действительно, эти особенности характерны для органического вещества многих метеоритов, для углеводородов в атмосферах планет внешней части Солнечной системы и их спутников, для метана, занесенного солнечным ветром в поверхностный грунт Луны.

Таким образом, ни в космосе, ни на планетах и кометах нет типичных нефтей, которые известны в верхней части земной коры. Неизвестны также на указанных объектах и скопления углеводородных газов, аналогичные земным, содержащим большое число (более 150) других углеводородов. Однако не исключено, что, если а какой-нибудь планете какой-то звездной системы возникла жизнь, аналогичная земной, то в ее стратисфере могут быть залежи нефтей и углеводородных газов очевидно также, что теория осадочно-миграционного происхождения нефти и углеводородных газов является лишь частью общей теории образования углеводородов во Вселенной, подобно тому, как Ньютонова механики представляет лишь часть общей теории относительности. Теория осадочно-миграционного происхождения нефти и газа описывает образование этих ископаемых в специфических условиях - из веществ, синтезированных растительными и животными организмами. Именно благодаря процессам жизнедеятельности нефть и природные углеводородные газы отличаются наличием исключительно разнообразных химических соединений. С другой стороны, процессы нефте- и частично газообразования из захороненного в осадках органического вещества развиваются лишь при поступлении тепловой энергии Земли. Стало быть, нефть и большинство природных углеводородных газов являются аккумуляторами не только солнечной энергии благодаря процессам фотосинтеза, но также и тепловой энергии Земли.

Таким образом, в результате решения проблемы происхождения нефти и природных углеводородных газов возникли новые более широкие и глубокие проблемы. С одной стороны, необходимо все глубже и детальнее изучать сам процесс нефтегазообразования, чтобы выяснить, на какой его стадии, из какого органического вещества образуются все исходные для формирования залежей нефти и газа соединения и сколько их образуется? С другой стороны, необходимо расширять исследование теплового баланса Земли и обусловливающих его факторов, поскольку тепловой режим недр разных участков Земли является результатом сложного влияния тепловой энергии Солнца и глубинных зон Земли.

Наконец, целесообразно углублять исследования "круговоротов" углерода и водорода и синтеза этих элементов в разных масштабах, захватывая сначала ближний космос и Солнечную систему, а затем постепенно расширяя исследования на дальний космос.

Заключение

Итак, раскрыта тайна еще одной "детективной истории", сочиненной самым изобретательным автором, - Природой. Решена одна из труднейших проблем естествознания - проблема происхождения нефти, волновавшая умы людей в течение более двух тысяч лет. Если представить себе решенные крупные научные проблемы как своеобразные дворцы - памятники человеческому гению, то в их анфиладе в ряду с такими дворцами, как Ньютонова механика, общая теория относительности, происхождение видов, гелиоцентрическая система, выстроен новый дворец - теория осадочно-миграционного происхождения нефти и природных горючих газов.

Этот дворец имеет прочный фундамент, который закладывали гениальные ученые многих поколений: М. В. Ломоносов, В. И. Вернадский, А. Д. Архангельский, И. М. Губкин, Н. М. Страхов и другие. Свои "кирпичи" в стены этого прекрасного здания вложили многие геологи, химики и геохимики разных стран нескольких поколений.

Длительная история решения проблемы происхождения нефти отнюдь не была простой: она изобиловала и гениальными догадками, и крупными заблуждениями, и различными драматическими "ситуациями. Ретроспективно понятны и причины заблуждений и возникавших трудностей. Они были вызваны в первую очередь недостатком информации о распространении нефти, а затем отсутствием соответствующих методов обнаружения рассеянных углеводородов. Поэтому однозначно проблема и не могла быть решена до тех пор, пока благодаря научно-технической революции не стала поступать "лавина" качественно иной информации.

Многовековой спор о неорганическом и органическом происхождении нефти окончательно разрешен в пользу последнего, и представления об ее неорганическом происхождении являются одним из неизбежных ранних заблуждений, аналогично представлениям о "рукотворных" каналах на Марсе, о жизни на Луне и др.

Создание фундаментальной теории происхождения нефти и природных горючих газов имеет огромное значение для практики поисков этих ископаемых. Она открывает широкие возможности для повышения эффективности нефтегазопоисковых работ, так как создает базу для научного прогнозирования перспектив нефтегазоносное™ территорий и акваторий.

Результаты исследований по образованию месторождений нефти в природных условиях могут оказывать существенную помощь при разработке методов повышения нефтеотдачи пластов,

На основе теории осадочно-миграционного происхождения нефти и углеводородных газов двадцать лет назад были сделаны прогнозы о перспективах нефтегазоносно-сти Северного, Черного, Азовского, Охотского, Яванского, Средиземного и других морей, Камбейского, Гвинейского, Кука и некоторых других заливов, Бассова, Мака-сарского, Малаккского и некоторых других проливов, а также прибрежных частей Атлантического, Тихого и Северного Ледовитого океанов. Все эти прогнозы блестяще подтвердились.

В настоящее время на базе этой теории прогнозируются перспективы нефтегазоносности континентального склона, континентального подножья, океанических поднятий и глубоководных желобов.

Становится очевидным, что образование нефти и природных горючих газов в земной коре - это одна из "точек соприкосновения" циклов круговоротов углерода и водорода в масштабе Вселенной.

Таким образом, решение проблемы происхождения нефти и углеводородных газов позволяет не только определять все потенциальные ресурсы нефти и газа в земной коре и повышать эффективность их поисков, но и оценивать возможность обнаружения различных углеводородов в космосе. Торжество теории осадочно-миграционного происхождения нефти и газа - еще одно яркое доказательство безграничности человеческого познания.

Примечания

1

Вероятно, имеются в виду черные обсидианы.

2

В Индии и в наши дни существует секта огнепоклонников которая, как полагают, пришла из Ирана.

3

Маркс К., Энгельс Ф. Соч., 2-е изд., т. 24, с. 20.

4

Тазиев Гарун. Встречи с Дьяволом. М, Мысль, 1976, 382 с. 58.

5

Маркс К., Энгельс Ф. Соч., 2-е изд., т. 33, с. 364.

6

Слово "улики" в этом смысле впервые употребил член-корреспондент АН СССР, профессор МГУ Н. Б. Вассоевич.

7

Гумбольт А. Космос, ч. IV, СПб, 1863, с. 211-212.

8

Позже, в 1939 году И. М. Губкин назвал это представление Р. И. Мурчисона "лишенным всякого фактического обоснования" и отметил, что это лишь "плод фантазии и игра воображения крупного и знаменитого ученого".

9

Ранее в русской транскрипции эту фамилию писали Вертело.

10

Менделеев Д. И. Нефтяная промышленность в североамериканском штате Пенсильвания и на Кавказе. СПб, Типография товарищества "Общественная польза", 1877.

11

Вернадский В. И. Очерки геохимии. М., Изд. АН СССР, 1927, с. 160.

12

Ленин В. И. Поли. собр. соч., т. 18, с. 275.

13

Эти представления опровергаются информацией, полученной советскими межпланетными станциями "Венера".

14

Кун Т. Структура научных революций. М., Прогресс, 1977.

15

Сухотин А. Парадоксы науки. М., Молодая гвардия, 1978.

Content

Тайны образования нефти и горючих газов

Введение

Глава I. Все больше и больше нефти и газа!

Глава II. Тайна состава нефти и природных горючих газов

Глава III. Планета земля и ее история за четыре миллиарда лет

Глава IV. Месторождения нефти и природных горючих газов: их строение, распространение и методы поисков

Глава V. Как и почему возникали различные представления и гипотезы о происхождении нефти и горючих газов

Глава VI. Современная теория образования нефти и природных горючих газов

Глава VII. Практика - лучший критерий правильности теории

Глава VIII. Что же дальше?

Заключение

Примечания