§ 1. Биогенная теория образования нефти и газа

Начало целенаправленной разработки идеи об органическом про­исхождении нефти было положено более двухсот лет назад М.В. Ло­моносовым, предложившим гипотезу об образовании нефти в резуль­тате подземной перегонки содержащегося в породах органического вещества (уголь, торф).

Отдельные аспекты современной теории биогенного генезиса нефти и газа формируются в трудах отечественных (Н.И. Андрусов, А.Д. Ар­хангельский, Н.Д. Зелинский, В.И. Вернадский, И.М. Губкин, Г.П. Ми­хайловский) и зарубежных (Ф. Ван-Тайл, Г. Гефер, Г. Потонье, П. Траск, Д. Хант, К. Энглер и др.) ученых в конце прошлого и в начале теку­щего столетия. Однако биогенная концепция как целостная теория происхождения нефти и газа сформулирована И.М. Губкиным в его работе "Учение о нефти" (1932 г.). При этом следует подчеркнуть, что он рассматривал эту проблему не изолированно, как самостоятель­ное явление, а комплексно, в совокупности со всеми естественно-ис­торическими процессами Земли, являющимися составными частями геологической формы движения материи.

Как писал И.М. Губкин, в его работе сделана попытка подойти к процессам нефтеобразования и образования нефтяных месторож­дений с диалектической точки зрения, исходя из положения о том, что эти процессы представляют одну из струй единого диалектического процесса развития Земли.

Не менее важную роль в формировании и понимании теории про­исхождения углеводородов сыграли труды выдающегося ученого В.И. Вернадского — основоположника геохимии и в частности основ биогеохимии нефти, разработавшего геохимическую систему взаимо­действия углерода с живым веществом биосферы. Эту систему В.И. Вернадский назвал жизненным циклом углерода (рис. 50).

Последующие исследования советских и зарубежных ученых (А.А. Ализаде, А.А. Бакиров, Н.Б. Вассоевич, М.Ф. Мирчинк, А. Ле- ворсен, В. Линк, А.А. Трофимук, В.А. Успенский, Д. Хант, Б. Тиссо и др.) развивались в направлении изучения геологических условий размещения скоплений углеводородов в земной коре, геологических и геохимических условий образования нефтегазоматеринских и нефте- газопродуцирующих отложений и физико-химических процессов преоб­разования органического вещества в углеводороды, миграции угле­водородов в коллекторы и формирования их залежей и т.д.

Основными предпосылками биогенной теории происхождения нефти и газа служат приуроченность почти всего объема промышленных

Рис. 50. Схема геохимической взаимосвязи между соединениями углерода и жи­вым веществом биосферы (по В.И. Вернадскому)

скоплений углеводородов (99,9 %) к осадочным образованиям; со­средоточение наибольших ресурсов углеводородов в отложениях гео­логических периодов, отличавшихся активной жизнедеятельностью организмов биосферы (отмечается параллелизм в образовании и накоп­лении углей, горючих сланцев и нефти); наличие скоплений углеводо­родов в замкнутых линзах песчаников, прибрежных барах древних палеоморей и палеорусел рек, заключенных в мощной толще непрони­цаемых глин; установление процессов преобразования органического 78 вещества в углеводороды нефтяного типа в осадках (илах) современных морей и океанов; сходство изотопного состава серы, содержащейся в нефти, и битумной составляющей органического вещества вмещаю­щих пород; наличие в составе нефтей различных химических соединений (азотистых, кислородных, сернистых) биогенного происхождения и сходство изотопного состава углерода нефти и органического вещест­ва. Существенным моментом является сходство изотопных составов углерода и серы, содержащихся в нефтях и органическом веществе вмещающих пород, в то время как изотопные составы этих элементов в разных литолого-стратиграфических комплексах даже в пределах одного региона неодинаковы. Это свидетельствует о различных источ­никах образования углеводородов в данном регионе. Существует так­же еще ряд геохимических данных, подтверждающих биогенные источ­ники образования нефти и газа. Процесс образования нефти и газа и формирования их скоплений — залежей, проходит несколько стадий, каждой из которых свойственны определенные палеогеологические, палеогеофизические, палеогеохимические и палеогидрогеологические условия, характеризующие развитие данного региона и земной коры в цепом.

В зависимости от условий, в которых накапливается органичес­кое вещество — в основном остатки простейших животных и расти­тельных организмов, происходит его преобразование в сторону фор­мирования ископаемых углей, нефти или газа. Причем из исходного органического вещества сапропелевого типа при прочих благоприятных условиях образуются главным образом нефть и углеводородный газ, из органического вещества гумусового типа генерируется преимущест­венно газ.

К сапропелевому органическому веществу относятся продукты распада планктона с высоким содержанием липоидов, накапливаю­щегося в морских и озерных илах при преобладании восстановитель­ных или слабо восстановительных условий, к гумусовому — продук­ты распада целлюлозы и танинов, входящих в состав растительных организмов, в окислительной обстановке, но при ограниченном до­ступе кислорода.

Неизменным условием образования нефти и углеводородных га­зов является накопление органического вещества в субаквальной сре­де с восстановительной анаэробной обстановкой на фоне преимущест­венного прогибания бассейна седиментации.

Как отмечает Д.Хант (1979 г.), некоторые углеводороды, содер­жащиеся в нефти, попали в нее из живых организмов в малоизмеион­ном виде, большинство же углеводородов претерпели значительные изменения, и в конечном счете углеводороды нефти в целом намного сложнее по строению, чем таковые в исходном органическом ве­ществе.

Таким образом, современное представление о биогенной теории происхождения нефти и газа сводится к следующему (табл. 15).

Углеводороды органического вещества, накапливающегося в осад­ках в диффузно-рассеянном состоянии, и само органическое вещество испытывают на первой стадии действие главным образом биохимических процессов и микроорганизмов. По мере погружения осадков, с усиле-Состояние ОВ и УВ и формы на­хождения по­следних

Стадии преоб­разования ОВ и УВ

Источники энергии преобразования ОВ и УВ

Геологические условия среды нахождения ОВ и УВ

Накопление ОВ

Генерация УВ

Миграция УВ

Аккумуляция УВ

Водная среда с анаэробной геохимической обстановкой; застойный палсогидрогеоло­га ческий режим; пониженная сульфат- ность; накопление и захоронение ОВ в процессе осадконакопления Породы различного состава, содержащие потенциально нефтегазоматеринские тол­щи; анаэробная геохимическая среда; за­стойный палеогадрогеологический режим

Породы различного состава, обладающие повышенными емкостными и фильтраци­онными свойствами; анаэробная геохими­ческая среда

Наличие пород-коллекторов, обладающих повышенными емкостными и фильтраци­онными свойствами; анаэробная геохи­мическая среда; застойный режим плас­товых вод; наличие пород-флюидоупо- ров (покрышек) над коллекторами; на­личие региональных и локальных лову- 'шек, благоприятных для аккумуляции УВ

Геостатическос давление (уплотнение пород) ; Исходное ОВ биохимическое воздействие микроорганизмов и осадков в диф- ферментов; каталитическое воздействие минера- фузно-рассеян- лов; нисходящие тектонические движения (ус- ном состоянии тойчивое прогибание)

Геостатическое давление (устойчивое интенсив- УВ нефтяного ное прогибание); повышенный тепловой поток; ряда на стадии внутренняя химическая энергия ОВ, связанная с диагенеза и ка- его молекулярной перестройкой в УВ нефтяного тагенеза осад- ряда; радиоактивные минералы вмещающих по- ков в рассеян- род ном состоянии

Тектонические движения, проявляющиеся в раз- УВ в свободном личных формах; повышенный тепловой поток; и водогазораст- гравитационные силы, обусловливающие переме- воренном сос- щение УВ; геодинамическое давление; гидроди- тоянии намические процессы, обусловливающие движе­ние флюидов в латеральном и вертикальном на­правлениях; электрокинетические силы; капил­лярные силы, приводящие к вытеснению УВ водой из мелких пор в крупные; молекулярные силы, приводящие к диффузии нефти и газа через гор­ные породы; кристаллизация и перекристаллиза­ция пород-коллекторов

Тектонические движения, способствующие акку- Скопления УВ муляции; повышенный тепловой поток; гидро­динамические силы; гравитационные силы; мо­лекулярные силы, обусловливающие диффузию УВ; капиллярные сил

ыКонсервация Наличие пород-коллекторов, обладаю- УВ щнх повышенными емкостными и филь­

трационными свойствами; анаэробная геохимическая среда; застойный режим пластовых вод; наличие пород-флюидо- упоров (покрышек) над коллекторами; их герметичность; нахождение скопле­ний У В вне зоны аэрации; сохранение замкнутости структурных ловушек пос­ле формирования скоплений; сохранение благоприятного регионального наклона слоев

Разрушение Попадание скоплений УВ в зоны аэра- или перерас- ции; раскрытие ловушек; тектоничес- пределение кая нарушенность пород; фильтрация УВ УВ из ловушек по тектоническим нару­

оо

шениям; прорывы УВ через покрышку; перенос УВ движущейся водой; расгао- рение, окисление и разложение УВ

Примечание. Таблица составлена А.А. Бакировым, Э.Развитие преимущественно движений прогибания; Скопления УВ термодинамическая энергия; благоприятные для консервации термодинамические факторы (повы­шенные давление и температура)

Движете пластовых и трещинных вод в зонах УВ в рассеянном активного водообмена; тектонические движения состоянии либо (преимущественно восходящие формы) ; хими- новые скопления ческая энергия; процессы окисления УВ сульфат- УВ ными водами; биохимическая энергия; процес­сы разложения УВ микроорганизмами; молеку­лярные силы, обусловливающие диффузию УВ

Л. Бакировым и Л.П. Мстиславской.иием действия внутренней химической энергии ОВ и все возрастающего теплового потока земных недр процесс генерации УВ активизируется и они эмигрируют из неф те продуцирующих толщ в коллекторы (вто­рая стадия). Под влиянием различных внутренних и внешних источников энергии углеводороды в свободном или растворенном состоянии миг­рируют по коллекторам или по трещинам (третья стадия), заполняя ловушки и образуя залежи (четвертая стадия). В зависимости от ха­рактера проявления дальнейших тектонических движений и других геологических процессов эти залежи консервируются (пятая стадия) или разрушаются (шестая стадия), рассеиваясь в литосфере или ат­мосфере. Так завершается полный цикл естественно-исторического процесса генерации, аккумуляции и разрушения скоплений углеводо­родов, который является частью жизненного цикла углерода В.И. Вер­надского.