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 СО₂ 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⋅10¹⁰ 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 м² 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^*, 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^**. 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.

^* (Кун Т. Структура научных революций. М., Прогресс, 1977.)

^** (Сухотин А. Парадоксы науки. М., Молодая гвардия, 1978.)

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