О критике теории органического происхождения нефти
В связи с выходом книги Н.А. Кудрявцева «Нефть, газ и твердые битумы в изверженных и метаморфических породах» [7], в которой автор пытается обосновать полную несостоятельность взглядов на возможность генерации углеводородов осадочными породами, следует остановиться на неверных основных положениях его критики.
Можно ли отрицать, что в осадочных породах происходило накопление органики с продуцированием из нее углеводородов?
Обоснованием первой части этого вопроса служат факты гигантской концентрации органики в залежах углей и углефицированного вещества в осадках угленосных фаций, углистой и битуминозной органики в горючих сланцах, а также огромные запасы битуминозной органики в глинистых и глинисто-карбонатных осадках древних морей.
А.А. Трофимук отмечал, что только в доманиковых слоях верхнего девона Урало-Поволжья сконцентрировано 280 млрд, т битумов нефтяного типа [9].
По сообщению Н.М. Страхова метанообильность шахт Боково-Хрустальской и Чистяковской мульд Донбасса такова, что газовый фактор на тонну угля достигает в первой 66 м3 и во второй 81,9 м3. По его мнению, газы генерируются не только углям, но и углистыми осадками [8].
По данным Л.Н. Быкова при метаморфизме донецких углей, например марки ПЖ из шахты «Артем» 1 м3 угля генерировал 110 м3 метана, а уголь марки «паровичный» из шахты «Южный Коммунар» 300 м3 метана [2].
Как известно, приуроченность метана к углям типична практически для всех угольных бассейнов мира.
В.П. Козлов указывал, что наряду с метаном тяжелые углеводороды являются неотъемлемой частью шахтных газов Донбасса, но количество их не превышает 1%.
Но если генерация углеводородов осадками с углистой органикой достаточно убедительна, то можно ли отрицать способность генерации углеводородов битумной органикой?
Хельмуд Якоби считает главным генетическим различием углей и битумов то, что угли в основном континентального, а битумы мелководно морского происхождения [10].
Поэтому, если угли образовались в основном из наземной растительности, богатой целлюлозой и лигнином, то битумы - главным образом за счет планктона, богатого белком.
Различие органики даже в условиях фациальной общности определяет различные направления ее преобразования, в частности целлюлозы и белка.
Справедливость этого вывода подтверждается характером органики, например, в глинистых толщах девона Урало-Поволжья, в которых наряду с углефицированными растительными остатками содержатся и нефтяные битумы.
В настоящее время доказано, что органика морских илов преобразуется в направлении ее битуминизации.
Т.Л. Гинзбург-Карагичевой подтверждено, что компоненты живого организма (белки и углеводы) преобразуются анаэробными бактериями в жирные кислоты, сопровождающиеся обильным газовыделением [3].
В последующем жирные кислоты и жиры сбраживались бактериями илов Черного моря в битумы, аналогичные выделяемым из донных илов.
В составе нефтяной микрофлоры Г.Л. Гинзбург-Карагичевой выделен микроб маслянокислого брожения, при наличии которого в составе образующихся газов содержится 80% водорода. Таким образом, выявлен возможный источник водорода, необходимого для гидрирования «первичной» нефти.
Интересны и результаты опытов Т.Л. Гинзбург-Карагичевой, Н.Д. Прянишникова и Н.Р. Гаркиной по анаэробному сбраживанию диатомовых и зеленых водорослей бактериями маслянокислого брожения [3]. При многолетнем сбраживании (до 14 лет) водоросли преобразовались в битуминозный осадок, над которым всплыл масляный слой и шло обильное газообразование. В ряде стеклянных трубок давление поднималось выше 11 am, и они взрывались. В составе газа зафиксировано 86% метана, сероводород, азот и незначительное количество высших углеводородов.
Возможность указанных преобразований подтверждается присутствием битумов не только в ископаемых, но и в современных осадках морей, что доказано Вебером, Смитом и др.
А.И. Богомоловым, Л.И. Хотынцевой и К.И. Паниной получены результаты, подтвердившие возможность низкотемпературного преобразования жирных кислот (стеариновой) в углеводороды нефтяного ряда при каталитическом воздействии глин [1]. Были получены бензиновая, керосиновая и масляная фракции и незначительное количество газообразных углеводородов (Вероятно, в природе существуют и другие пути преобразования органического вещества морских илов в нефтяные углеводороды, что, несомненно, будет выявлено в будущем.).
Естественно, что прямое сопоставление угля и нефти не совсем правильно. Уголь является залегающим на месте остаточным продуктом преобразования органики, потерявшей жидкие и газообразные компоненты; нефть же и газ - компоненты, мигрировавшие из материнской породы, в которой в основном сохранились малоподвижные остатки. И, действительно, произведенное Ван Кревеленом сопоставление битумов, экстрагированных из бурых углей, с асфальтами нефтей, показало их общность, так же как обнаружилась общность керогена (полибитума) битуминозных пород с «угольной субстанцией».
Сходство между углями и битумами при различии условий их образования указывает на определенную общность путей круговорота подвижных компонентов погребенной органики при био- и геохимических процессах преобразования.
Но, если Н.А. Кудрявцев полностью отрицает образование углеводородов в осадочных породах, то он должен доказать, что органика пород омертвела и на данном этапе жизни Земли выбыла из круговорота.
Пример же углей, органика которых косвенно может быть сопоставлена с битумами, показывает, что она в осадках не остается мертвой, а активно преобразуется, выделяя и отдавая в толщу пород подвижные углеводороды.
Имеется ли основание утверждать, что битумная органика мертва?
Ведь аналогично углям органика битумов также претерпевает влияние метаморфизма, в результате чего при определенных условиях подвижные углеводороды покидают материнские осадки, в которых должен остаться склонный к углефикации неподвижный кероген.
Поскольку путь метаморфизма углей и битумов до графита в развитии планеты является непреложным, то несомненно, что подвижные углеводородные компоненты их не должны покинуть материнские осадки, т. е. мигрировать.
Учитывая многообразие условий образования нефти и газа, можно наметить следующие условия их миграции из материнских осадков.
Поскольку в Крымско-Кавказской нефтеносной провинции угленосные осадки юры погружены на большие глубины, то под влиянием глубинного метаморфизма они должны генерировать огромные массы газа (метана). Видимо, этот газ и порождает грязевой вулканизм, корни которого опускаются до среднего мезозоя.
Но если газ в очагах грязевых вулканов скопляется под давлением, способным создавать взрывы типа знаменитого Отман-Боздагского, когда из жерла поднялся столб горящих газов высотой 14 км, то несомненно, что глубинные метановые струи, пронизывая толщи трещиноватых битуминозных пород, могли растворять нефтяные компоненты.
Явление растворения нефти в газах при высоком давлении и обратной конденсации ее при снижении давления детально изучено и воспроизведено лабораторно М.А. Капелюшниковым, Т.П. Жузе и С.Л. Заксом [4, 5].
Возможно, что в связи с указанными условиями в Азербайджане и других районах на больших глубинах все чаще открываются газоконденсатные месторождения.
Интересные исследования проведены К.И. Мжачихом, который, нагревая в бомбе нефть, воду и сернистое железо, получал нефтяной газ. Образование газа он объясняет каталитическим взаимодействием нефти с сернистым железом в водной среде. Условия опытов Мжачиха вполне соответствуют обстановке внутриплатформенных впадин, где битуминозные, богатые пиритом глинисто-карбонатные осадки верхнего девона залегают на глубинах с температурой выше 70-80°.
Н.А. Кудрявцев не может отрицать богатую насыщенность нефтяным битумом пород доманика для Урало-Поволжья. Поэтому он пытается доказать, что доманик, будучи окремнелым, не мог отдавать нефть, которая и осталась запечатанной. Кроме того, он утверждает, что нет такой силы, которая была бы способна вытолкнуть нефть из материнских пород, в частности из доманика. Однако породы доманика, кроме их битуминозности, издают запах газа и нефти, сильно трещиноваты и часто содержат в порах и трещинах жидкую, а чаще вязкую нефть.
В Куйбышевской области породы доманиковой фации были опробованы на Никольской и Коханской площадях, где получили небольшие притоки легкой нефти.
Указанные факты сторонники неорганического синтеза вынуждены объяснять поступлением нефти в доманик извне.
В сильно трещиноватых породах доманиковой фации имеются участки слабо окремнелые и лишенные окремнения. В период основной фазы тектогенеза, когда образовавшиеся трещины еще не успели запечататься вторичным кальцитом и загустевшей нефтью, эти породы были проницаемы.
Заполненность трещин вязкой нефтью указывает на существовавший активный водообмен, так как мигрировать в доманик она не могла.
Несомненно, кроме гравитационных сил, выталкивание нефти из породы мог производить и газ. Возможность же генерации газа в недрах платформы доказана опытами Мжачиха.
Следует обратить внимание, что в ряде случаев, как на Мухановском, Дмитриевском, Михайловском, Коханском, Сосновском, Дерюжевском и других месторождениях Среднего Поволжья с глубоким залеганием залежей, девонские нефти весьма легкие, маловязкие, а газонасыщенность их достигает даже 200-400 м3/т. Эти факты подтверждают наши представления о механизме вытеснения нефти, так как, например, нефть пласта ДI Муханово, имеющая усадку 0,5, фактически является полугазовой.
Доказательством неорганического синтеза нефти Н.А. Кудрявцев считает также случаи залегания ее в трещиноватых породах фундамента, либо непосредственно над фундаментом, как на Яреге. При этом возможность боковой миграции в структурные выступы им отрицается.
В Яреге III нефтяной пласт эйфельского возраста действительно залегает на фундаменте и перекрывается осадками нижнего живета, венчающими разрез палеозоя.
В 1959 г. П.И. Мотовилов и Н.Д. Иванова обнаружили в нефти III пласта споры верхнеживетского и нижнефранского возраста. Указанные факты с позиции Н.А. Кудрявцева просто необъяснимы, так как нефть, поступая из фундамента в эйфельские осадки, не могла захватить споры более молодых отложений, отсутствующих, к тому же, в разрезе.
Возможность проникновения в пласт спор с просачивающимися водами сверху исключена, что доказано исследованиями.
На основании полученных данных вновь подтверждается предположение о формировании Ярегского месторождения за счет боковой миграции, что и логично во всех подобных случаях.
Кроме того, в условиях платформы в породах бавлинской свиты, лежащих на фундаменте, пока не найдено ни одной настоящей нефтяной залежи.
Поскольку, по мнению Н.А. Кудрявцева, в Бавлах, Ромашкино, Тарханах, Султангулово, Дерюжевке и на других месторождениях нефть поступила из фундамента, она должна была пройти по структурно приподнятым толщам бавлинских коллекторов, перекрытых верхнебавлинскими глинами. Но, как известно, бавлинские слои пустые, а богатейшие залежи находятся выше - в девоне и карбоне.
Конечно, не исключено нахождение залежей нефти в бавлинских слоях и в трещиноватых выступах фундамента. Но если стоять на позиции Н.А. Кудрявцева, факт отсутствия нефти в бавлинских слоях на перечисленных площадях совершенно непонятен.
Известно, что нефть, контактируя с окислами железа, восстанавливает их до закиси, изменяя окраску пород на темную. Однако бавлинские песчаники имеют красную окраску, несмотря на то, что, по мнению Н.А. Кудрявцева, через них прошли сотни миллионов тонн нефти.
И далее он утверждает, что нефть синтезировалась из непредельных углеводородных газов магматических очагов. Но в этом случае одновременно из магмы должно было выделиться большое количество ювенильной воды, насыщенной газами-минерализаторами и рудными компонентами. При этом на платформе, кроме обилия нефтяных месторождений, должно было наблюдаться и обилие гидротермальных руд и кварцевых жил, чего нет в действительности.
Но имеется ли связь между вулканизмом и образованием нефти? Если рассматривать качественную сторону явления, то приверженцы органического происхождения нефти не отрицают возможности синтеза углеводородов из магматических газов. Например, убедителен факт присутствия 9,5% метана в газе, выделившемся при бурении в дунитовом массиве на Северном Урале, о чем сообщалось А.Н. Заварицким. Но масштабы указанных проявлений ограничены и вряд ли могли иметь практическое значение.
Огромный интерес для решения проблемы нефтеобразования богатейшей Урало-Волжской провинции представляет выяснение причины исключительной битуминозности глинисто-карбонатных доманиковых фаций.
Следует отметить, что в конце девона проявился первый этап герцинского тектогенеза, сопровождавшийся лавовыми излияниями на окраинах платформы и внутри нее.
Вулканизм повлиял на увеличение содержания растворенной углекислоты в водах теплого, мелкого моря, что благоприятствовало развитию фитопланктона. Последовавший затем, по выражению Н.М. Страхова, «взрыв жизни» увеличил объем биомассы планктона в 5-10 раз, что и сказалось на масштабах захоронения органики.
Лавовыми излияниями может быть также объяснена повышенная окремнелость осадков доманиковых фаций.
Признавая позднее время формирования залежей платформы, следует допустить, что битумы доманиковых фаций оставались запечатанными до альпийского тектогенеза, когда появившиеся трещиноватость и разломы создали условия для миграции нефти и формирования залежей.
ЛИТЕРАТУРА
1. Богомолов А.И., Хотынцева Л.И., Панина К.И. Низкотемпературные каталитические превращения органических соединений над глинами. Тр. ВНИГРИ, вып. 155, Геохим. сб., № 6, Гостоптехиздат, 1960.
2. Быков Л.Н. О теории и практике борьбы с внезапными выбросами угля и газа в шахтах. Уголь, № 4, 1958.
3. Гинзбург-Карагичева Т.Л. Микробиология нефти. Природа, № 3, 1958.
4. 3акс С.Л. Влияние породы и связанной воды на величину давления перехода системы нефть - газ в однофазное газовое состояние. ДАН СССР, новая серия, том XXXVI, № 5, 1952.
5. Капелюшников М.А. К вопросу о миграции и аккумуляции рассеянной нефти в осадочных горных породах. ДАН, новая серия, том XCIX, № 6, 1954.
6. Козлов В.П. О тяжелых углеводородах в газах углей Донбасса. Геология нефти и газа, № 6, 1960.
7. Кудрявцева Н.А. Нефть, газ и твердые битумы в изверженных и метаморфических породах. Гостоптехиздат, 1959.
8. Страхов Н.М. К геологии метана в угленосной толще Донецкого бассейна. БМОИП, нов. серия, отд. геол., том XLVIII (2), 1940.
9. Трофимук А.А. Заключительное выступление. Тр. Всесоюзн. Совещания по проблеме происхождения нефти и газа. Гостоптехиздат, 1960.
10. Хельмуд Якоби. О связи между углем и нефтью (перевод инж. Задова Л. П., журнал Erdol und Коhlе, № 1, 1960).
К. Аширов