ТЕОРИИ ОБРАЗОВАНИЕ НЕФТИ И ГАЗА

Главные месторождения нефти и газа в осадочных породах. Органическое вещество в магматических породах

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.Геологический 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.