Для сдачи тестов, рубежного контроля, а также закрепления материала используйте браузеры MS Internet Explorer, Mozilla Firefox, Chromium
    Главная страница электронного учебника
    Содержание дисциплины

    Понятие о компонентах, составляющих нефть
    Содержание дисциплины

    Органическая теория происхождения нефти

    Учебная тема
    Органическая теория происхождения нефти

    Тема 4.4 Органическая теория происхождения нефти

    Происхождение нефти и газа является очень сложной проблемой, поскольку здесь тесно переплетаются вопросы химии, физики, геологии, геохимии и биохимии. Образование углеводородов и других веществ, входящих в состав нефти и газа, и их изменения представляют собой ряд химических, а образование нефтегазовых залежей - ряд физических и физико-химических процессов. Всё это происходит на фоне процессов геологического развития, влияющих на образование и миграцию нефти и газа и при том в аспекте геологического времени.

    Нефть и все другие горючие полезные ископаемые, так же как рассеянное органическое вещество осадочных пород, генетически связаны с живым веществом нашей планеты, с биосферой прошлых геологических эпох. Проблема происхождения нефти, нижний возрастной предел её образования тесно связаны с возрастом возникновения жизни на Земле. На протяжении веков учёными было выдвинуто множество теорий происхождения нефти, но более правдоподобными и обоснованными на сегодняшний день являются теории, которые принимают за исходный материал для образования нефти органическое вещество, их ещё можно назвать органогенными. Данный вид теорий и будет рассмотрен в настоящей работе.

    Проблема происхождения нефти имеет не только теоретическую, но и практическую значимость. Изучение происхождения нефти необходимо для определения критериев возможного нахождения месторождений нефти при их поиске. Зная палеогеографические, фациальные, геохимические условия образования нефти, можно будет получить данные, какие территории являются перспективными для поисков и добычи нефти. Кроме того, знание условий образования нефти и закономерностей размещения её скоплений в земной коре позволяет научно обоснованно и эффективно вести поиски месторождений, подходить к открытию новых нефтеносных областей независимо от существования обычных видимых признаков нефтегазоносности. «Зная, где, из чего и при каких условиях образуется нефть, мы можем искать эти условия в природе и подходить к открытию новых нефтеносных областей, независимо от существования обычных видимых признаков нефтегазоносности в виде выходов нефти, газов и т.д.» - А.Д. Архангельский.

    Для объяснения механизмов происхождения нефти и образования её залежей было выдвинуто много гипотез и теорий. Вполне законченная теория генезиса нефти должна дать достаточно подробный ответ на следующие основные вопросы:

    1. Из каких исходных веществ образовалась нефть и сопровождающий её газ?

    2. Какие причины обусловили образование нефти и газа, и каков был ход нефте- и газообразования?

    3. Каким путём образовались скопления или залежи нефти и газа?

    Законченная теория генезиса нефти должна, следовательно, подробно и научно обоснованно объяснить весь путь от исходного вещества до крупных скоплений нефти и газа в многочисленных промышленных месторождениях, приуроченных к различным геологическим условиям.

    Наиболее полно и обоснованно, на мой взгляд, на перечисленные выше вопросы отвечает теория органического происхождения нефти. Поэтому основной целью курсовой работы было детальное рассмотрение вопросов, касающихся органической теории. Поскольку, основываясь на теории органического происхождения нефти и газа, советские геологи-нефтяники открыли крупнейшие нефтегазоносные провинции и зоны нефтегазонакопления в различных частях России (например, месторождения нефти Западной Сибири). Эта теория имеет огромное количество сторонников, как в России, так и за рубежом.

    Факторы нефтеобразования

    По современным представлениям основными факторами, обусловливающими возникновение и развитие процесса преобразования органического вещества в углеводороды нефтяного ряда, являются деятельность бактерий, каталитические свойства горных пород, температура, давление, радиоактивность вмещающих пород и геологическое время.

    Деятельность бактерий активно проявляется в начальной стадии накопления и переработки рассеянного органического вещества в осадке. Исследованиями Т.А. Гинзбург-Карагичевой, К. Зобелла и других установлено, что организмы играют активную роль:

    В процессе распада органического вещества в начальной стадии преобразования его в анаэробной обстановке;

    При создании в осадке геохимической обстановки с низкими отрицательными значениями окислительно-воссиановительного потенциала, благоприятной для развития процессов преобразования органического вещества осадка в направлении битумообразования;

    В качестве биокатализатора в процессе образования битумной части органического вещества осадка.

    Исследования химиков и геохимиков (Зелинского, Фроста, Сатар-Заде и других) показали, что при образовании углеводородов из органического вещества большое значение имеют каталитические свойства некоторых минералов, в частности алюмосиликатов. Лабораторными опытами доказано, что при каталитическом воздействии на органические соединения (спирты, эфиры, кетоны) алюмосиликатов при определённых температурных условиях образуются углеводороды, входящие в состав природных нефтей. В природных же условиях такими катализаторами, вероятно, служат алюмосиликатные соединения, т.е. глинистые образования, слагающие разрезы большей части нефтегазоносных районов.

    По мере погружения осадка с рассеянным органическим веществом ведущими факторами, способствующими образованию углеводородов нефтяного ряда, становятся температура и давление. Установлено, что в нефтях содержится ряд углеводородов, которые не сохраняются при температуре 200-250 о С. Предполагается, что нижний предел существования углеводородов в жидкой фазе не может быть выше 200 о С. По мнению большинства учёных образование нефти в недрах происходит при сравнительно небольших температурах, колеблющихся в зависимости от геологических и геохимических условий в пределах от 50 до 200 о С.

    Исследованиями В.А. Соколова (1937) впервые показано, что определённую роль при образовании углеводородов нефтяного ряда из рассеянного в породах ОВ может играть радиоактивность пород, что экспериментально подтверждено в лабораторных условиях.

    Н.Д. Зелинским, П.Ф. Андреевым, М.Ф. Двали, А.Ф. Добрянскими другими исследователями было установлено, что при процессах преобразования органического вещества в осадках значение имеют также и внутренние источники энергии самого органического вещества. Активизация внутренней химической энергии органического вещества может происходить в связи с молекулярной перестройкой структуры вещества, возникающей при сочетании определённых геологических, физико-химических и биогеохимических условий окружающей среды. Однако механизм и масштабы действия внутренних источников энергии органического вещества на отдельных стадиях его преобразования изучены ещё слабо и многие аспекты этого вопроса ещё не выяснены.

    История вопроса

    Основоположником органической теории происхождения нефти является М.В. Ломоносов. Он объяснял образование каменного угля за счёт болотного торфа путём его обугливания при повышении температуры и давления. С этим же явлением он связывал возникновение нефти. В середине 18 века в своем трактате "О слоях земных" великий русский ученый Ломоносов писал: " Выгоняется подземным жаром из приготовляющихся каменных углей бурая и черная масляная материя... и сие есть рождение жидких разного сорта горючих и сухих затверделых материй, каковы суть каменного масла, жидковская смола, нефть. Которые хотя чистотой разнятся. Однако из одного начала происходят" Таким образом, более 200 лет назад была высказана мысль об органическом происхождении нефти и каменного угля. Исходное вещество было одно: органический материал, преобразованный сначала в уголь, а потом в нефть и газ. Родилась органическая гипотеза. М.В.Ломоносов был не единственный, кто высказался по интересующему нас вопросу в 18 веке. Правда, другие гипотезы того времени носили курьёзный характер. Так, один варшавский каноник утверждал, что Земля в райский период была настолько плодотворна, что на большую глубину содержала жировые примеси. После грехопадения этот жир частично испарился, а частично погрузился в землю, смешиваясь с различными веществами. Всемирный потоп содействовал превращению его в нефть.

    Идеи Ломоносова поддерживали такие учёные как Ч. Лайель, Потонье, Д. Уайт.

    В конце 19 века К. Энглер развивал гипотезу о животном происхождении нефти, позднее - о смешанном, растительно-животном характере исходного вещества. Он провёл первые экспериментальные исследования для подтверждения органического происхождения нефти.

    В начале 20 века в работах Г. Потоноье (1904, 1908), Г.П. Михайловского (1906) и Н.И. Андрусова (1908) были выдвинуты положения об образовании нефти из сапропелевого органического вещества. Г. Потонье считал, что нефть является продуктом перегонки сапропелевых горных пород под действием подземного тепла. Г. Потонье в начале 20 века связывал образование нефти с сапропелевым органическим веществом, обогащенным живыми компонентами.

    Позже, почти до начала ХХ в., исследователями предлагались различные гипотезы органического происхождения нефти, причем одни учёные считали, что нефть образуется из растительных осадков, а другие основное значение придавали ОВ животного происхождения. Однако все варианты теории органического происхождения углеводородов объединяет то, что исходным материалом для образования нефти считается органическое вещество.

    В 1906 году Михайловский выдвинул свою гипотезу происхождения нефти. Её можно охарактеризовать по следующим пунктам.

    1) Исходное вещество - смешанное, растительно-животное.

    2) Захоронение приурочено к глинистым илам

    3) Первая стадия образования материнского органического вещества связывается с бактериальными процессами

    4) Последующие стадии являются физико-химическими, а главными факторами - температура и давление

    5) Первичная нефть - дифузионно-рассеянная

    6) Скопление нефти в коллекторах является вторичным

    7) Образование залежей нефти происходит в результате тектонических нарушений.

    Эта схема получила развитие у Губкина («Учение о нефти» 1937)

    С этими положениями соглашается большинство геологов-нефтяников.

    А.Д. Архангельским в 1925-1926 впервые были проведены работы по изучению состава и распределения органического вещества осадочных пород. А.Д. Архангельский (1927) рассматривал образование нефти как процесс, обусловленный действием бактерий, и считал, что материнским веществом нефтей были органические соединения, содержавшиеся в глинистых отложениях. Аналогичные исследования были проведены П. Траском в США (1932, 1942). Он изучил около 35 тысяч образцов. Исследования Архангельского и Траска заложили основы представлений о нефтематеринских свитах.

    В работах И.М. Губкина (1932, 1938) процесс нефтеобразования рассматривался как начинающийся в мелководных, органогенных илах и продолжающийся в течение всего диагенеза и позднее. На первоначальной стадии преобразования органического вещества основную роль по Губкину играют биохимические процессы, приводящие к образованию жидких и газообразных битумов, рассеянных по всей породе, а в дальнейшем наступает неизмеримо более длительный геохимический период, в которым основными факторами являются температура, давление и время. Миграция нефтесборных площадей приводит по Губкину к образованию нефтегазовых залежей.

    С начала 20 века и до сороковых годов были выдвинуты различные положения об органическом происхождении нефти, отличавшиеся друг от друга по характеру предполагаемых исходных для нефти веществ (жиры, белки, углеводы и др.), по факторам, вызывающим образование нефти (температура, давление, катализ, бактерии и др.), а также по другим условиям, касающимся времени и места образования нефти и газа, характера нефтематеринских пород, процессов накопления нефти и т.п.

    Разнообразные мнения высказывались в тот период и о миграции нефти и газа, начиная от полного отрицания роли миграции в образовании нефтяных залежей и кончая представлениями, согласно которым накопление нефти и газа происходит вследствие их миграции на очень большие расстояния.

    К середине ХХ века было доказано единство всех горючих полезных ископаемых: н6ефти, угля, газа, горючих сланцев; установлена генетическая связь нефти с ископаемым органическим веществом осадочных пород.

    Нужно сказать, что ни одна теория не касается всех трёх упомянутых звеньев генезиса нефти: исходное вещество - образование нефти - образование залежей нефти. Развивая те или иные взгляды на один или два из этих вопросов, выдвинутые теории, как правило, или совсем не касаются остальных вопросов, или если и касаются, то лишь в самых общих выражениях. Большинство гипотез и теорий вообще выдвинуто в виде подобных общих выражений, которые по существу ничего не объясняют и которые нельзя считать теориями, хотя в литературе они и фигурируют под этим термином. Например, во многих случаях выдвигается утверждение, что под действием повышенных температур и давлений органические остатки превращаются в нефть, или, что скопления нефти образовались в результате миграции, или что нефть образовалась благодаря воздействию на вещество анаэробных бактерий и т.д. Подобного рода положения общего характера не имеют доказательной силы и представляют собой лишь гипотезы, касающихся причин или общего направления процесса нефтеобразования.

    Гипотезы органогенного происхождения нефти у разных авторов имеют различие в отношении исходного вещества, из которого образовалась нефть, а также к вопросу о миграции.

    Особое внимание при разработке органической теории уделялось вопросу об исходном органическом веществе. Одни учёные считали, что нефть образуется из растительных остатков, другие - из остатков животных, третьи - из растительно-животных остатков. Взгляд, предполагающий растительно-животный характер исходного материала, получил широкое признание благодаря исследованиям Потоноье (1905), Губкина (1932), Траска (1939). Надо было также решить, накапливается ли вещество в большой массе или возможно образование нефти из органического вещества, рассеянного в нефтематеринской свите.

    Основные положения различных гипотез и теорий происхождения нефти

     

    Исходное вещество

    Пути и условия образования нефти и её скоплений

     

    Различные органические остатки, торф, уголь, сланцы

    Под действием тепла, идущего от магматических очагов, исходные вещества разлагаются, а образовавшиеся при этом нефтяные углеводороды скопляются в вышерасположенных более холодных пластах

     
     

    Тот же процесс разложения и отгонки нефтяных углеводородов происходит под действием перегретого водяного пара, идущего из более глубоких слоёв Земли

     

    Жиры морских животных и низших морских организмов (растительные остатки играют подчинённую роль)

    Под действием повышенной температуры происходило разложение жиров и образование смеси различных углеводородов - протопетролеума. Современная нефть является результатом полимеризации первоначально образовавшихся углеводородов.

     
     

    Разложение жиров морских животных и образование нефти при каталитическом воздействии глин

     

    Морские водоросли, фукоиды

    Диатомовые водоросли

    Фораминиферы

    Органическое вещество диатомей, морских водорослей и фораминифер разлагается, в результате чего образуется нефть

     

    Морская трава (Zostera и др.)

    Пути и причины превращения морской травы в нефть точно не указываются, но делаются предположения о возможности такого превращения, благодаря специфическим, ещё неизвестным бактериям, а также благодаря гидрогенизации с помощью водорода, образуемого бактериями

     
     

    Принимается, что современные залежи нефти находятся строго в первичном залегании, образовались из отложений морской травы и не претерпевали какой-либо миграции

     

    Наземная растительность

    Остатки наземной растительности, отложившиеся в глинах, песках или в виде самостоятельных залежей и опустившиеся в процессе накопления осадочных отложений на ту или иную глубину, превращаются в нефть главным образом благодаря высокому давлению, которое в значительной степени обеспечивается при наличии глинистой покрышки. Принимается, что температура при этих процессах была невысокой и соответствующей обычным глубинам залегания нефтей. При отсутствии надлежащего давления и непроницаемости покрышки исходный растительный материал превращался в уголь

     

    Органические остатки планктона, бентоса и принесённые с суши и превратившиеся в органический ил

    Сапропелевые породы подвергаются на глубине действию повышенной температуры и высокого давления. Органическое вещество сапропелевых пород разлагается с образованием нефти, которая отгоняется в вышерасположенные и более холодные пористые пласты

     
     

    Органическое вещество присутствии соленой морской воды в процессе его перекрытия свежими отложениями под действием бактерий разлагается с образованием нефти

     
     

    Органические остатки под действием бактерий превращаются в промежуточный устойчивый продукт - кероген (сапропель, образовавшийся в морских условиях). Под давлений повышенных температуры и давления из керогена постепенно образуется нефть

     
     

    Кероген превращается в нефть одному только высокому давлению

     
     

    Горючие сланцы, содержащие кероген, под действием повышенных температуры и давления разлагаются с образованием нефти, которая отгоняется в более высоко расположенные пласты

     
     

    Накопление органических остатков происходит благодаря сероводородному заражению, вызывающему гибель организмов

    Большая часть органических остатков под действием бактерий превращается в кероген и лишь небольшая часть после погребения остатков под действием анаэробных бактерий превращается в нефть

     
     

    Нефть образовалась в нефтепроизводящих свитах из рассеянного органического вещества под действием повышенной температуры и высокого давления, а затем мигрировала в породы-коллектора

     
     

    Органические остатки после их погребения разлагаются под действием анаэробных бактерий с образованием нефти

     
     

    Органические остатки превращаются в нефть до их погребения. Нефть не всплывает благодаря тому, что удерживается глинистыми частицами. Впоследствии свободная нефть образуется в результате её выжимания в пористую породу

     
     

    Превращение органических остатков в нефть происходит энзим (биокатализаторов)

     
     

    Нефть образуется из азотных органических соединений, присутствующих в органическом веществе морских осадков

     

    Жиры, смолы, воски, лигнин и другие устойчивые продукты растительного происхождения

    Гидрогенизация первичной нефти производилась анаэробными бактериями

     
     

    Гидрогенизация первичной нефти или непосредственно исходных органических веществ производилась водородом, образующимся из воды под действием альфа-излучения

     
     

    Различные типы нефтей обусловлены различным соотношением жиров, смол, лигнина и других веществ в исходном органическом материале

     
     

    Восстановительные процессы, происходившие под действием бактерий, обусловили отщепление карбоксилов и гидроксилов от исходных органических веществ и привели к образованию первичной нефти.

    В дальнейшем происходила деструктивная гидрогенизация первичной нефти при повышенных температуре и давлении с помощью Н2 и СО, пришедшим из глубоких недр Земли, где эти газы образовались при действии воды на карбиды ферроманганата

     
       

    Осадочно-миграционная теория

    Н.Б. Вассоевич предложил концепцию нефтеобразования осадочно-миграционной теорией, а не органической или биогенной. Нефть образуется абиогенным путём, но источником её является ОВ, или кероген, захоронённый в процессе осадконакопления. Его потенциал закладывается в живом веществе, формируется в диагенезе, реализуется в мезокатагенезе. Ход этого процесса определяется как внутренней структурой керогена, способом «упаковки» его основных элементов, так и внешними факторами: температурой, скоростью прогрева, строением нефтематеринской толщи, определяющим эмиграцию образовавшихся продуктов, составом минеральной матрицы, влияющим на каталитические процессы, происходящие в керогене.

    Поскольку залежь нефти как объект поиска формируется в процессе миграции жидких УВ, то для названия теории происхождения нефти слово «миграционная» является необходимой составной частью. Это название, по мнению Вассоевича, отражает связь, как с осадочным процессом, так и с условиями формирования залежей нефти в результате миграции.

    Согласно вертикальной зональности генерации углеводородов в разрезе осадочных бассейнов распределены и залежи УВ флюидов. Без учёта вертикальной миграции флюидов и их перетоков скопления УВ сверху вниз располагаются следующим образом: в верхней части разреза (ПК1-ПК2) - небольшие залежи сухого газа; ниже (ПК3-МК11) залежи нафтено-метановой нефти и полусухого газа, в газовых шапках - полужирный и жирный газ; с глубиной (МК12- МК2) в нефтях возрастает содержание метановых УВ, твёрдых парафинов и лёгких ароматических УВ, в газовых шапках - жирный газ; ниже (МК3) находятся залежи метаморфизированных, высокопарафинистых нефтей с повышенным содержанием нормальных алканов; ещё ниже (МК4) располагаются залежи газоконденсатов; в основании зоны МК - залежи сухого газа, еще ниже - только метан. В распределении залежей разного фазового состава УВ по вертикали отмечается сдвиг вверх примерно на половину градации относительно максимума генерации соответствующих флюидов.

    Такое распределение залежей УВ свойственно только первичным, или сингенетичным, скоплениям, не претерпевшим значительных перемещений. В природе этот генетический ряд УВ скоплений обычно нарушается за счёт перетоков флюидов, состав первичных нефтей при этом претерпевает существенные изменения. В целом же для большинства бассейнов сохраняется зональность сверху вниз: газ - тяжёлая нефть - лёгкая нефть - газоконденсат - газ. В отдельных случаях между нефтью и «верхних» газоконденсатов. Нарушение указанной зональности может быть связано не только с перетоками и миграцией, а также с изменением состава исходного ОВ.

    Таким образом, в конце 60-х годов в решении проблемы генезиса нефти произошёл качественный скачок - была создана концепция о главных фазах нефте- и газообразования, в целом теория стадийности нефтегазообразования. Нефтегазообразование стало рассматриваться как историческое явление, тесно связанное с определёнными стадиями эволюции осадочного бассейна. Было конкретизировано представление об очаге генерации УВ как естественном природном объекте, определяющем в пространстве и времени возможность и масштабы нефтегазообразования. Эта концепция подтвердилась на примере разновозрастных и разнофациальных толщ в многочисленных бассейнах мира. И если проблему исходного вещества для нефти и газа можно считать решённой на определённом уровне, то проблема механизма нефтегазообразования, являющаяся ключевой, требует уточнения и детализации

    Динамика процессов нефтегазообразования для различных нефтематеринских пород неодинакова. Основные положения термокаталитической (генерационной) модели нефтегазообразования и границы выделения ГФН были разработаны на примере терригенно-глинистых образований. В эту модель нечётко вписываются карбонатные толщи.

    Большинство геологов считает, что образование скоплений нефти обусловлено её миграцией, которая может происходить и на большие расстояния. Сюда относится ряд теорий, которые часто объединяют под названием «Теория нефтепроизводящих свит». Наиболее детальные построения в этой области были сделаны А.Д. Архангельским и П. Траском. Впервые идеи о существовании «материнского пласта» или «материнской породы», производящей нефть были высказаны в 1865 американским геологом и геохимиком Винчеллом. По мнению Губкина, нефтематеринскими свитами могут быть преимущественно глинистые, реже известняковые толщи. В качестве примера он приводил майкопские глины Северного Кавказа. Представления о нефтематеринских свитах в дальнейшем очень помогли геологам-нефтяникам при поисках месторождений нефти и газа.

    По И.М. Губкину, преобразование захороняемого в осадке диффузионно-рассеянного ОВ в УВ нефтяного ряда в потенциально нефтематеринских отложениях протекало постепенно, начинаясь в органогенных или биогенных илах и не прекращаясь длилось во время диагенетического изменения как самой органогенной прослойки, так и вмещающих её пород, вплоть до начала горообразующих движений, когда нефть получала возможность мигрировать.

    Нефтеобразование - сложная совокупность процессов, протекающих в недрах, т.е. эти процессы в природе наблюдаемы быть не могут. Видны лишь их фиксированные результаты, запечатлённые в некоторых естественных телах, как в пространстве, в котором эти процессы протекали. Естественным телом, где осуществляются процессы нефтегазогенерации, является нефтегазоматеринская свита. Нефтегазоматеринская свита - парагенетическая ассоциация обогащённых автохтонным органическим веществом пород, рождающая в процессе литогенетической эволюции углеводороды, способные к аккумуляции.

    Нефтегазоматеринские породы и свиты

    Нефтегазоматеринские породы - осадочные породы, содержащие рассеянное органическое вещество, способные генерировать нефть и газ. Главные признаки:

    1) Формируются в субаквальных условиях

    2) Восстановительные обстановки в диагенезе

    3) По литологическому составу - в основном глинистые породы. Обычно - тёмноцветные. Типичные породы: аргиллиты, глинистые карбонаты, мергели, доломиты.

    4) Содержание органического углерода не более 20%

    Для формирования нефтематеринских отложений большое значение имеют биологическая продуктивность водоёма и скорость осадконакопления в нём. При прочих равных условиях, чем выше биопродуктивность водоёма, тем богаче потенциальные нефтепроизводящие возможности его осадка.

    Чтобы свита считалась нефтегазоносной в промышленных масштабах содержание Сорг составляло не менее 1 миллиона тонн на квадратный километр (Q=Cорг*Hнгмп*d*107)

    Исследования показали, что не всегда отложения, содержащие ОВ, реализуют свои возможности в отношении генерации нефти. Поэтому нефтематеринские породы

    можно разделить на потенциально нефтематеринские, нефтепроизводящие, бывшие нефтематеринские.

    Потенциально нефтематеринские - те, которые ещё не вступили в нефтеобразование, они ещё не погружались на глубины, где существуют благоприятные условия для нефтеобразования, так и не реализовали свои возможности по генерации нефти. Нефтепроизводящие - те, которые в настоящее время продуцируют нефть, характеризуются повышенным содержанием битумоидов или микронефти.

    Бывшие нефтематеринские - породы, которые когда-то были нефтематеринскими.

    Характеризуются нефтематеринским потенциалом - то количество нефти, которое могла дать порода за всю свою историю (377 мг/1 г Сорг - максимальное количество нефтяных углеводородов, которое может дать сапропелевое вещество, гумусовое - 160 мг/1г Сорг).

    В нефтематеринской свите должно быть благоприятное сочетание нефтематеринских пород и коллекторов (песчаники/глины = 1/3).

    Главные диагностические особенности нефтегазоматеринских отложений являются:

    • Накопление в субаквальной среде с анаэробной (без доступа воздуха) обстановкой;

    • Накопление на фоне относительно устойчивого погружения бассейна седиментации в течение рассматриваемого отрезка времени;

    • Наличие в отложениях признаков возникновения и развития процессов нефтегазообразования, что может проявляться относительно повышенным содержанием углеводородов нефтяного ряда в битумной части органического вещества, содержащегося в породах.

    Более правильно было бы рассматривать в качестве нефтематеринской не какую-либо одну свиту сравнительно однородных, глинистых или карбонатных отложений, а литолого-фациальный комплекс, сложенный литологически разнородными породами, образовавшимися как в морских и прибрежно-морских, так и в континентальных условиях в субаквальной восстановительной или слабовосстановительной обстановке. Формирование газоматеринских толщ, в отличие от нефтематеринских, может происходить также и в континентальных угленосных формациях.

    Теория нефтематеринских свит детально рассматривается в трудах Н.И. Андрусова, и Г.П. Михайловского, а затем в работах В.В. Вебера, Н.М. Страхова.
    Эти теории достаточно подробно разработаны в геологическом отношении и увязаны со стратиграфией и тектоникой многих месторождений.

    По И.М Губкину, формирование толщ пород, продуцирующих нефтяные УВ (эти толщи и называют нефтематеринскими свитами), происходит «… в прибрежных частях морей - в заливах, бухтах, лиманах и даже в открытом море недалеко от берега в пределах так называемой терригеновой зоны, где происходит накопление органического материала не в пресной, а в солёной воде, т.е. в зоне, где совершается борьба между морем и сушей и где происходит чередование отложений: осадки глинистого характера, содержащие часто богатый органический материал, сменяются более грубым - песком, галечником, ракушечником….». В образовании нефти «… принимают участие остатки как животного, так и растительного происхождения, именно остатки зоофитоорганизмов планктона, водной растительности, зоофитоорганизмов бентоса, остатки высших береговых растений, а также остатки организмов и минерального вещества аллохтонного происхождения…..»

    Свою теорию Губкин изложил в 1934. Согласно ей, зоны глубоких депрессий являются тем местом, где осадки сапропелитового характера, погружаясь на значительную глубину, попадают в особые условия температуры и давления, а процессы разложения органического вещества происходят в особо благоприятных условиях для возникновения диффузионно рассеянной нефти. Образовавшаяся нефть концентрируется в определённых местах, улавливаясь на своём пути сякого рода барьерами в виде различных тектонических структур. Концепция Губкина способствовала распространению в СССР и за рубежом верных представлений о происхождении нефти и формировании её месторождений, она выдержала проверку временем.

    Органические и биогенные илы и образовавшиеся из них органогенные породы являются тем материалом, из которого, по представлениям Губкина, возникла нефть.

    Взгляды И.М. Губкина на образование нефти и газа лежат в основе современной теории происхождения нефти. Некоторые положения Губкина дополнены, уточнены, значительно развиты, но основа сохранилась. Изменились представления о нефтематеринских свитах. Во-первых, доказано, что таковыми могут быть не только глинистые породы, а разнообразные осадочные породы (песчаники, глины, известняки, доломиты и т.д.) и даже вулканогенно-осадочные породы, содержащие органическое вещество вовсе не обязательно в аномально больших дозах. Процессы нефтегазообразования могут протекать также в карбонатных отложениях и даже в алевролитовых образованиях, если их накопление происходило в восстановительной обстановке. Требование к минимальному количеству органики для нефтематеринских толщ уменьшилось на порядок - от 2 до 0,2%.

    Ранее на основании изучения различных нефтегазоносных бассейнов большинство исследователей считало, что в палеогеографическом отношении нефтематеринские отложения являются осадками нормальных морских бассейнов. Однако в ряде случаев допускалась возможность их накопления в морских осолонённых или опреснённых бассейнах или даже в солёных озёрах. Некоторые исследователи допускали возможность накопления нефтематеринских отложений в крупных пресноводных водоёмах. Таким образом, считалось, что нефтематеринские отложения могут накапливаться в самых разнообразных палеогеографических условиях - в различных морских и континентальных бассейнах. Накопление их считалось невозможным только, пожалуй, в наземных, субаэральных условиях.

    Долгое время обязательным условием нефтематеринских свит было накопление их в водной (субаквальной) среде. Позднее стали высказываться мнения о том, что нефтематеринские свиты могут формироваться в континентальной обстановке. Исследования многих учёных показали, что в кембрии, ордовике, силуре и девоне нефть и газ концентрируются в отложениях преимущественно морского происхождения; в карбоне залежи углеводородов сосредоточены как в морских, так и в континентальных породах; в перми уже бОльшая часть углеводородов содержится в континентальных отложениях. В дальнейшем доля запасов нефти и газа в континентальных отложениях увеличивается и достигает максимума в плиоцене. Таким образом, пределы, в которые должны укладываться нефтематеринские свиты, со времён Губкина до наших дней значительно расширились

    По словам И.М. Губкина (1937г.) уголь и нефть являются членами одного и того же генетического ряда каустобиолитов. По его мнению, в определённых геологических условиях континентальные и прибрежно-морские фации могут перейти в морские нефтегазоносные. На основании этого вывода И.М. Губкин в своё время предсказал возможность открытия в мезозойских отложениях Западной Сибири местоскоплений нефти, так как мезозойские угленосные фации склона Урала в пределах Западно-Сибирской низменности могут перейти в нефтеносные. Эти научные прогнозы подтвердились.

    Согласно разработанной концепции, нефть и газ - образования стадийные, образующиеся на определённых катагенетических уровнях преобразования, причём на каждом из них образуются УВ определённого состава.

    Рассматривая условия образования нефтяных местоскоплений Северного Кавказа, И.М. Губкин сделал вывод, что «…процесс превращения органического материала в нефть под воздействием различных факторов начался со времени погребения этого материала на морском дне и продолжается по мере погружения его в более глубокие с более высокой температурой и давлением… По мере увеличения давления, уплотнения осадков и прочего их диагенетического изменения диффузионно-рассеянная нефть и сопровождающие её газы начали перемещаться в песчаные пласты…»

    Таким образом, Губкин уже 70 лет назад считал процесс нефтеобразования длительным. Непрерывным и стадийным со следующими этапами: 1) процесс накопления органического вещества в осадках (биохимический и геохимический), приведший к образованию диффузионно-рассеянной нефти; 2) выжимание рассеянной нефти из нефтематеринских свит в коллекторы; 3) движение нефти по коллекторам и накопление и её в месторождениях; 4) последующее разрушение месторождений в результате различных геологических явлений. В сумме эти явления образуют цикл нефтенакопления.

    При этом накопление ОВ, послужившего исходным материалом для образования нефти, в природных условиях происходит в рассеянной форме в минеральной тонкоотмученной массе и совместно с ней. В дальнейшем при соответствующих биохимических условиях нефтегазообразование начинается с разложением ОВ в биогенном иле ещё до его погребения и продолжается после его погребения при активном содействии анаэробных бактерий в течение всего периода диагенетического изменения породы.

    Представления И.М. Губкина о том, что процесс преобразования ОВ в нефть под действием различных факторов идёт со времени погребения ОВ на морском дне и продолжается по мере погружения осадков в более глубокие зоны с высокими температурой и давлением, подтверждаются данными изучения современных и древнечетвертичных отложений.

    Как показал И.М. Губкин, преобразование органического вещества нефтегазоматеринских отложений в нефть и газ носит многоступенчатый стадийных характер. Однако по вопросу о том, на какой стадии литогенеза потенциально нефтегазоматеринские отложения становятся нефтепроизводящими, мнения исследователей ещё расходятся. Одни учёные, вслед за Губкиным, считают, что преобразование ОВ в УВ нефтяного ряда начинается уже на стадии раннего диагенеза и продолжается на стадии катагенеза. Другие полагают, что образование нефтяных УВ происходит на стадии катагенеза в результате термокаталитических и термических преобразований ОВ.

    Согласно В.В. Веберу, преобразование ОВ в осадке в УВ нефтяного ряда начинается ещё в диагенезе и продолжается на стадии катагенеза, подтверждается исследованиями многих учёных.

    В.В. Вебер на примере ряда нефтегазоносных провинций бывшего СССР и других стран показал возможность генерации нефти в промышленных масштабах на глубинах погружения нефтегазоматеринских отложений от 600 до 1400м, т.е. на стадии диагенеза. «Весь приведённый материал как геологический, так и геохимический, свидетельствует о начале процесса образования нефти на ранних, заведомо диагенетических стадиях превращения ОВ осадков. В ряде случаев и завершение этого процесса с образованием промышленно нефтеносных пород происходит на глубинах, не выходящих за пределы диагенетической зоны». [Вебер В.В., 1978, с. 48]

    Исследованиями В.В. Вебера и П. Смита было установлено, что преобразование захороняемого в современных и древнечетвертичных осадках ОВ смешанного и растительно-животного происхождения при наличии благоприятных фациальных условий в анаэробной среде сопровождается образованием УВ нефтяного ряда. При этом отмечено, что по мере возрастания глубины погружения современных осадков степень восстановленности битуминозных компонентов ОВ увеличивается и одновременно в битумоидах растёт содержание УВ. На глубине около 1м содержание УВ составляет всего 7,5 % общего количества ОВ, 92,5 % приходится на долю асфальтно-смолистых и сложных органических соединений. В образцах с глубины около 30 м количество УВ увеличивается до 31 %, а содержание асфальтно-смолистых и сложных органических соединений снижается до 69 %.

    Влияние Губкина на развитие нефтяной промышленности СССР было очень большим. Его идеи близки Михайловскому. Он во многом разделял сапропелитовую гипотезу Потонье, в той её части, которая касалась исходного для нефти материала. По мнению Губкина этот материал был смешанный, растительно-животный, сапропелитовый или сапропелито-гумусовый. Процесс преобразования исходного материала в нефть - длительный, начинается в мелководных «органогенных илах», на дне морских водоёмов и продолжается в течение всего диагенеза и позже, вплоть до начала горообразующих движений, когда нефть получала возможность мигрировать.

    Количество рассеянного ОВ в десятки тысяч раз, а рассеянных УВ в десятки и сотни раз превосходит ресурсы нефти в скоплениях. Таким образом, весьма небольшая часть ОВ преобразуется в нефтяные УВ. В процессе седиментации и после захоронения в осадке ОВ в результате диагенеза подвергается разрушению и бОльшая его часть окисляется, а летучие компоненты удаляются. Наиболее устойчивая часть ОВ - липиды в результате гидролиза образуют смесь жирных кислот, которые по изотопному и химическому составу ближе всего к соединениям, входящим в состав нефтей. Дальнейшее преобразование липидной фракции ОВ и генерация основной массы нефтяных УВ протекают на глубинах, где температура колеблется от 60 до 180 о С.

    Нефтеобразование по О.Г. Сорохтину

    По О.Г. Сорохтину образование нефти объясняется возгонкой и термолизом биогенных веществ, затянутых вместе с океаническими осадками в зону субдукции, где проходит поддвиг океанической литосферной плиты под континентальную. Породы осадочного слоя океана могут быть затянуты в зону поддвига литосферных плит следующим образом. По мнению Сорохтина и Лобковского «механизм затягивания осадков в зону поддвига плит полностью аналогичен механизму попадания жидких смазочных масел в зазоры между трущимися жёсткими деталями в различных технических устройствах и машинах». Расчёты показали, что если ширина зазора между плитами в 2-3 раза больше мощности осадочного слоя океанической коры перед зоной поддвига, то осадки будут проскальзывать зазор и попадать в мантию. Если же ширина зазора будет меньше, то осадки станут выжиматься из зоны поддвига и приращаться к противоположному от океана склону жёлоба. В этом случае будет происходить образование аккреционной линзы. Осадки, попавшие в зазор между движущимися плитами, подвергаются воздействию интенсивного сжатия, повышенного давления и прогрева, поэтому в них процессы диагенеза и катагенеза протекают значительно быстрее, чем в обычных условиях. Прежде, чем попасть в зону поддвига, океанические осадки ещё в условиях первичного залегания на дне проходят длительную стадию диагенеза в течение 100-150 миллионов лет. Одновременно происходит и некоторое преобразование органического вещества в сторону его созревания в микронефть. В зоне поддвига осадки с органическим веществом попадают в условия повышенного температурного режима. В зонах поддвига возникают природные перегонные кубы, где в сравнительно короткое геологическое время происходит трансформация рассеянного органического вещества в нефть за счёт жёсткого температурного режима.

    Океанические остатки, приходящие в зону поддвига, всегда насыщены поровыми и кристаллизационными водами, концентрация которых иногда достигает 50%. При разогреве эти воды превращаются в термальные флюиды с температурой до 400 о С и давлением более 200 атм. Флюиды будут стремиться уйти из-под зоны поддвига в область меньшего давления. На своём пути они неизбежно начнут выжимать, растворять и выносить капельно-жидкую нефть. Это тот самый фактор выноса микронефти из материнской породы, которого ранее не хватало органическим теориям происхождения нефти. Именно перегретый водяной пар с избыточным давлением способен эффективно вытеснять рассеянную микронефть и осуществить процесс её миграции.

    Поднимающиеся по трещинам термальные воды с углеводородами (в свободном или растворённом состоянии) будут разгружаться в пределах литосферного выступа и в тылу островодужной системы с образованием залежей нефти.

    В предлагаемом механизме формирования месторождений нефти и газа мобилизация и миграция рассеянных углеводородов происходит за счёт активной промывки осадочных слоёв термальными водами. Они вовлекают образовавшиеся углеводороды в общий глубинный водонефтяной поток, направленный в сторону уменьшения давления, т.е. в сторону от зоны поддвига. Избыточное давление термальных вод поддерживается за счёт постоян6ной мобилизации и перегрева породовых вод океанических осадков, а также вод, освобождающихся при дегидратации океанической коры в зоне субдукции.

    По мере удаления от зон поддвига температура и давление термальных вод уменьшается, в результате замедляется и скорость их фильтрации. Возникают условия, благоприятные для аккумуляции углеводородов.

    Следует различать два основных механизмов поддвига, приводящих к образованию нефти. Первый механизм выражен пододвиганием океанической плиты под островные дуги или континенты (процесс субдукции), а второй - надвиганием островной дуги или края континента на пассивную окраину другого континента (процесс обдукции). По мнению Сорохтина, второй процесс более нефтеобилен, чем первый. Дело в том, что пассивная окраина имеет более мощную линзу осадочных пород. Эта линза располагается у подножия континентального склона континента, её мощность более 10-15 км. А если учесть, что по окраинам континентов биопродуктивность океанов существенно увеличена, то становится понятным высокое содержание в осадочной массе линзы органического вещества.

    Под тяжестью литосферного выступа наползающей плиты углеводороды будут активно выжиматься из осадочной линзы и мигрировать в сторону окраины пододвигаемых континентальных платформ. Этими эффектом «горячего утюга» О.Г. Сорохтин объясняет формирование зон нефтеобразования Персидского залива и других частей земного шара.

    Такой механизм образования нефти, предложенный Сорохтиным, даёт возможность понять и объяснить ряд фатов, которые ранее были труднообъяснимы с позиций классической органической концепции происхождения нефти, а также существенно ослабить позиции сторонников теории неорганического происхождения нефти.

    Во-первых, становится понятным, почему в ряде мест земного шара образуются относительно огромные скопления углеводородов: органическое вещество, из которого образовалась нефть, длительное время поставлялось к зоне поддвига конвейером литосферных плит, а сама нефтесборная площадь в несколько раз могла превосходить современные нефтегазоносные бассейны.

    Во-вторых, отводится ещё один из важнейших доводов «неоргаников» - присутствие углеводородных газов и даже жидкой нефти в вулканических выделениях. Это результат затягивания органики в мантию, её термолиза и возгонки образовавшихся углеводородов термальными водами в верхние слои литосферы.

    В-третьих, предложенный механизм объясняет попадание в мантию Земли органического вещества. Не из мантии в земную кору идёт поток углеводородов, а, наоборот, из коры в мантию поставляется органика и готовые углеводороды

    В-четвёртых, предложенный механизм обосновывает возможность вытеснения микронефти из материнского пласта и сравнительно дальнюю в некоторых случаях миграцию нефти и газа из зон поддвига в краевые области смежных платформ.

    Как видим, учение о литосферных плитах сыграло революционную роль в дальнейшем развитии воззрений на происхождение нефти. Однако полностью объяснить процесс образования нефти с позиций предложенного механизма невозможно. О.Г. Сорохтин признаёт, что некоторые нефтегазоносные регионы не имеют прямой связи ни во времени, ни в пространстве с зонами поддвига. К ним относятся: Западная Сибирь, Северное море, Атлантическое побережье Африки и Южной Америки.

    Теория К.П. Калицкого

    Эта теория за исходное вещество принимает морскую траву Zostera. Из скопившихся на морском дне остатков морской травы после перекрытия их минеральными отложениями образуется нефть, которая так и остаётся в первичном залегании. В отношении миграции теория Калицкого занимает наиболее крайнюю позицию, считая, что всякое скопление имеет строго первичный характер, отрицается миграция, могущая привести к образованию её скоплений.

    Под первичной залежью или залежью, образовавшейся in situ, по Калицкому, подразумевается такая залежь, нефть которой после своего образования не претерпевает никаких перемещений относительно содержащих её пород. Нефть могла перемещаться только вместе с содержащим её пластом, который под действием тектонических сил вместе с другими пластами подвергается перемещению в пространстве, большему или меньшему изгибу или разрыву, сопровождающемуся смещением относительно друг друга разъединённых частей пласта. Во всех этих случаях предполагается, что нефть не передвигается в содержащей её породе и из этой породы в какую-либо другую.

    По К.П. Калицкому, сначала образуется залежь нефти в пласте, а затем уже этот пласт подвергается тем или иным деформациям. Эту залежь также относятся к первичным.

    Говоря о возможности перемещения нефти по пласту и её аккумуляции в своде складки, Калицкий считал, что в предположении о таком виде миграции (т.е. только по пласту) «…нет ничего фантастичного». Однако сам К.П. Калицкий стоял на точке зрения строгой первичности нефти, исключающей образование сколько-нибудь значительных скоплений нефти за счёт её миграции как по пластам, так и иными путями (через трещины и сбросы из других пластов).

    Следует заметить, что это учение Калицкого о строгой первичности всякой залежи нефти оказало влияние на некоторые другие теории происхождения нефти, разрабатываемые химиками, которые, не входя в сущность вопросов миграции нефти и веря Калицкому и его сторонникам, становились в своих исследованиях на позиции первичности (in situ) залежей нефти. Так, например, это учение о первичности залегания нефти оказало влияние и на теорию Стадникова, который ссылался на первичность залегания нефти как на установленный геологами факт. Ещё более определённо на позицию первичности залегания нефти стал А.В. Фрост, приведя некоторые доводы Калицкого об отсутствии явлений миграции нефти. При этом первичность залежей нефти часто понималась в соответствии с концепциями Калицкого в том смысле, что не было миграции нефти даже по содержащему её пласту и скопление нефти образовалось in situ. Несмотря на утверждения некоторых исследователей о признании первичности залежей нефти, следует указать, что скорее большинство геологов придерживается противоположной точки зрения, считая, что образование скоплений нефти обусловлено её миграцией, которая при известных условиях может происходить на большие расстояния.

    В теории Калицкого приводится подробное изложение условий существования распространённости и накопления остатков морской травы, а также многочисленные доводы в пользу строгой первичности залежей нефти. В этой теории имеется подробное обоснование выдвигаемой точки зрения как на вопрос об исходном веществе, так и на вопрос об образовании скоплений нефти. В то же время эта теория совершенно не касается вопроса о том, в результате каких причин и процессов из морской травы образуется нефть.

    Проанализируем данную теорию. В осадочных отложениях морского происхождения органическое вещество может накопляться различными путями. Частицы осадочных пород, образовавшиеся на суше, могут содержать органическое вещество в своих микропорах или на своей поверхности. Будучи унесёнными потоками воды или попав в море, эти частицы оседают на дно, как это изложено выше. Органическое вещество может быть рассеянно в воде, а затем увлечено осаждающимися минеральными частицами. Остатки морского планктона, нектона и бентоса вместе с остатками морских животных могут отлагаться вместе с минеральными частицами. Во всех этих случаях органическое вещество уже после уплотнения первоначально образовавшегося ила будет занимать ту или иную часть порового пространства. Органическое вещество может находиться в микропорах частиц породы, в адсорбированном состоянии на поверхности этих частиц. Кроме того, в порах породы может находиться органическое вещество в виде огтдельных его частиц и плёнок, в той или иной степени заполняющих поры и облекающих поверхность зёрен породы. Максимальное количество органического вещества, могущее содержаться в песках и известняках, не должно превышать объёма этих пор, трещин и иных промежутков в минеральной части породы. Это количество органического вещества практически всегда будет меньше общего объёма пор, так как невозможно себе представить, чтобы в осадочных отложениях, образующихся в водной среде, все поры и промежутки оказались заполнены органикой. Часть этих пор будет занята водой. В указанных выше случаях невозможно представить, чтобы на тех или иных участках каким-либо образом оказались концентрации органических веществ, во много раз превосходящие концентрации на соседних участках. Нельзя себе представить, чтобы на каком-либо участке, соответствующим по своим размерам площади залежей, все поры оказались заполненными органикой, а рядом на протяжении нескольких метров концентрация этой органики снижалась бы, например, в 10-20 раз. Частицы горных пород, приносимые водными потоками в море вместе со взвешенными и растворёнными органическими веществами, достаточно хорошо перемешаны между собой. Попадая в море, эти частицы и органическое вещество рассеиваются по большой площади, поэтому нельзя предполагать и образование на большой площади резко очерченных высоких концентраций органических веществ, следовательно, и образование залежей in situ. Из рассеянного в породе органического вещества при его содержании 2-3 % нельзя предполагать при отсутствии миграции и образования нефти.

    Содержание дисциплины

    Понятие о компонентах, составляющих нефть

    Закрепление материала
    Тестирование материала
    Содержание дисциплины

    Органическая теория происхождения нефти