ТЕОРИИ ОБРАЗОВАНИЕ НЕФТИ И ГАЗА

Введение. История изучения происхождения нефти. Страбон. Плутарх. Агрикола

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

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

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

 Одной из тайн нашей планеты являлась нефть, называемая многими писателями "кровью Земли". Нефть ‑ это сгусток энергии; с помощью всего лишь 1 см³ нефти можно нагреть на 1 °С целое ведро воды, а для того чтобы вскипятить "ведерный" самовар, нужно менее половины стакана (100 г) нефти. По концентрации энергии в единице объема нефть занимает первое место среди природных веществ. Даже радиоактивные руды не могут конкурировать с нефтью в этом отношении, так как содержащиеся в них радиоактивные вещества настолько рассеяны, что для извлечения 1 мг этих веществ нужно добыть тонны горных пород.

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

 Вязкие тяжелые нефти или битумы образуют еще более крупные месторождения. По оценкам специалистов, в нефтяных месторождениях, расположенных в долине реки Ориноко и называемых нефтяным поясом Ориноко, содержится 470 млрд. т тяжелой нефти. Почти такой же нефтяной пояс площадью 150 000 км² протягивается на 1000 км в меридиональном направлении из Западной Канады на территорию США; в месторождениях этого пояса содержится 183 млрд. т битумов и 62 млрд. т тяжелых нефтей. Только в одном месторождении Атабаска (Западная Канада) заключено не менее 143 млрд. т битумов, часть которых можно извлечь (и уже начали извлекать) с помощью специальной технологии.

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

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

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

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

 Природные углеводородные горючие газы, любовно названные "голубым чудом недр", действительно, являются чудом природы. Они исключительно широко распространены в недрах на глубинах от нескольких сантиметров до 8 км. Помимо нефтяных скважин они встречаются в угольных и соляных шахтах, в рудниках, где добывают железо, медь, различные цветные металлы, золото, алмазы и другие полезные ископаемые, на болотах и в подпочвенных питьевых водах, в газах и фумаролах вулканов и во многих других местах. С горючими углеводородными газами связано возникновение грязевых вулканов, при извержении которых мощные струи выделяющегося газа нередко загораются, образуя столб пламени высотой до нескольких километров. В "океанах" подземных вод, заключенных в горных породах как под континентами, так и под дном морей и океанов, содержится огромное количество горючих углеводородных газов: нередко в 1 м³ воды содержится до 30 м ³ метана.

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

 Количество газа в месторождениях нередко может достигать 1‑2 трлн. м³, а в уникальных случаях 8 трлн. м³ и даже больше. Газовые месторождения распространены очень широко: они встречаются и в пустынях Африки и Азии, и подо дном морей и океанов, например подо дном Персидского и Мексиканского заливов, и в толщах мерзлоты на севере Сибири, и на далеких островах Канадского Арктического архипелага и во многих других местах.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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