Органическое происхождение нефти и газа

Неорганическое происхождение нефти и газа

В настоящее время «неорганические теории» происхождения нефти и газа представляют в основном исторический интерес, поскольку большая часть их уже давно никем не поддерживается¹. Распространение этих теорий [гипотез] было вполне

¹Во второй половине XX в. в СССР возобновились попытки воскресить гипотезы минерального синтеза нефти. Было предложено несколько взаимоисключающих вариантов. Все они в корне ошибочны, а авторы их или не знают, или игнорируют достижения современной органической геохимии. Критический разбор минеральных гипотез можно найти в книге М.К. Калинко «Неорганическое происхождение нефти в свете современных данных», «Недра», 1968). Ряд принципиальных ошибок в концепциях неонеоргаников вскрывается в монографии В.А. Соколова «Геохимия газов земной коры и атмосферы» («Недра», 1966). ‑ Прим. ред.

естественным на уровне знаний XVIII в. Основным доводом в пользу неорганических теорий было неоднократное получение в лабораторных условиях из неорганических исходных веществ таких углеводородов, как метан, этан, ацетилен, бензол. Однако нет ни одного месторождения, где можно было бы обнаружить следы подобных процессов в природных условиях, в то время как доказательств органического происхождения нефти огромное множество¹.

Прежде всего нефти характеризуются оптической активностью (способностью вращать плоскость поляризации), в особенности фракции нефтей, выкипающие в интервале 250-300°С. Давно известно, что это явление характерно почти исключительно для органических веществ, в образовании которых преобладающую роль играл биологический фактор. Второе серьезное возражение против неорганического происхождения нефти заключается в том, что во всех нефтях обнаружены асфальтово-смолистые компоненты, образование которых может быть связано только с органическим веществом и с большим трудом объясняется с позиций неорганического синтеза нефти.

Отсутствие непосредственной связи залежей нефти с продуктами вулканической деятельности, за исключением крайне редких случаев, заставляет усомниться в существенном значении вулканической деятельности для процесса их образования. Как показали Уайт (White, личное сообщение) и Де-Голье [13], площади, на которых залежи нефти или газа находятся по соседству с изверженными породами, продуктами деятельности термальных вод и т. п., обычно перекрыты нормальными осадками. Нет ни одного случая, когда бы покрышкой залежи нефти и газа в районах вулканической деятельности служили изверженные породы. В подавляющем большинстве случаи обнаружения УВ среди вулканических пород гораздо лучше объясняются миграцией их в эти породы из вмещающих отложений, чем непосредственным образованием их в самих изверженных породах.

Если бы нефть была космического происхождения, то мы должны были бы находить ее гораздо чаще и в более разнообразных условиях, чем это есть на самом деле, в том числе и в наиболее древних породах. В этом случае не должно было бы быть никакой связи с возрастом пород, и нефть была бы одинаково широко распространена в породах любого возраста, лишь бы они были достаточно проницаемыми. Однако, как мы знаем, докембрий-ские, кембрийские, триасовые и плейстоценовые отложения содержат очень немного нафтидов, несмотря на то что в разрезах этих отложений обнаружены мощные толщи пористых и проницаемых пород.

В пользу органической природы основного исходного вещества для образования нефти и газа ‑ «протонефти» (protopetroleum) - свидетельствуют три главных аргумента:

1. Огромное количество ОВ и УВ встречается в осадочной оболочке Земли. Преобладающими химическими элементами органического вещества как животного, так и растительного происхождения являются углерод и водород. Кроме того, некоторое количество соединений с углеродом и водородом, в том числе и углеводороды, и в настоящее время продуциуется живыми организмами - животными и растениями. Таким образом.

¹Новейшие неопровержимые подтверждения биогенной природы исходного для нефти вещества можно найти в трудах VII Международного нефтяного конгресса (Мексика, 1967) и в двух сборниках «Генезис нефти и газа», один из которых выпущен издательством «Недра» в 1967 г., а другой - издательством «Наука» в 1968 г. ‑ Прим. peд.

органический материал, обильный и широко распространенный, вполне обеспечивает накопление двух основных элементов нефти и газа ‑ углерода и водорода.

2. Во многих нефтях обнаружены порфирины¹, и почти во всех нефтях и газах содержится азот. Это служит более или менее прямым указанием на животное или растительное (или комбинированное) происхождение нефти и газа, поскольку любое ОВ обязательно содержит и порфирины, и азот [16]. Порфирины встречаются в природном асфальте и в неотфильтрованных и не подвергавшихся перегонке средних и тяжелых нефтяных фракцияхг содержащих асфальтово-смолистые компоненты. Количество порфиринов может быть различным. Примерно половина всех исследованных образцов, полученных из самых различных районов земного шара, характеризовалась присутствием порфиринов в количестве 0,004-0,02 мг на 100 г (0,4×10^-4 ‑ 0,2×10^-3%), другая половина ‑ 40-400 мг на 100 г (0,04-0,4%).

Азот является одним из основных компонентов аминокислот [CH₂(NH₂)COOH], т.е. гидролизированного протеина, входящих в состав любой живой материи. Траск и Патнод [17] установили, что содержание биогенного азота в осадках почти прямо пропорционально содержанию в этих осадках органического углерода (С_орг). Таким образом, содержание азота и углерода может служить мерой обогащенности отложений органическим веществом. В древних отложениях, например, кратность содержания ОВ по отношению к содержанию углерода и азота выражается соответственно как 1, 1:1 и 24:1. Азот присутствует практически во всех нефтях и газах, главным образом в качестве составной части сложных асфальтово-смолистых соединений. Непрерывная цепь распространения азота - от живых организмов через органическое вещество в осадках к нефти - одно из доказательств органической природы нефтегазоматеринского вещества.

3. Оптическая активность ‑ способность вращать плоскость поляризации поляризованного света ‑ является свойством большей части нефтей, не обнаруживающимся в веществах неорганического происхождения, за исключением киновари (H₂S) и кварца (SiО₂). Наиболее интенсивно оптическая активность проявляется у фракций, выкипающих в интервале 250-300°С. По-видимому, оптическая активность большинства нефтей является следствием присутствия в них холестерола (С₂₀Н₄₅ОН) [а также фитостеролов и других соединений], встречающегося в органическом веществе как животного, так и растительного происхождения [18].

Практически во всех породах-неколлекторах, таких, как глины и карбонаты, обнаружены самые различные УВ и даже нефть. Одни и те же УВ встречаются как в рассеянном состоянии в тонкозернистых осадках [в микронефти], так и в самих нефтях. Теснейшая связь ОВ и УВ в осадках исключает какие-либо сомнения в том, что ОВ является первичным источником нефти и газа.

Впервые возможность органического происхождения нефти сформулирована Лескеро [19], который в 1866 г. предположил, что нефть в девонских отложениях восточных районов США образовалась из одноклеточных морских растений 2. Обилие растительных и животных остатков, повсеместно распространенных и характерных почти для всех типов отложений, естественно, заставило исследователей рассматривать этот материал в качестве органического источника нефти и газа.

¹Порфирины образуются из гемина (вещества, окрашивающего кровь в красный цвет) или из хлорофилла (вещества, окрашивающего растения в зеленый цвет). В нефтях порфирины встречаются в виде сложных соединений, которые быстро окисляются. Трейбс установил, что растительные порфирины (C₃₂H₃₆N₄ и C₃₂H₃₅N₄СOOH), выделенные из хлорофилла, встречаются значительно чаще, чем животные порфирины (C₃₂H₃₈N₄ и C₃₂H₃₆N₄COOH), образованные из гемина.

²Основоположником органической теории является М.В. Ломоносов, на 100 лет опередивший Лескеро. ‑ Прим. ред.

Хакфорд [20] в 1922 г. нашел, что состав золы нефти и морских водорослей практически одинаков; в ней содержатся йод, бром, фосфор и соли аммония. Позднее он развил эту идею и пришел к выводу, что нефть и другие нафтиды могли образоваться в результате пиролиза и гидролиза морских водорослей при низких температурах [21].

Еще более отчетливо показана связь между нефтью и исходным веществом в работе Сандерса [22]. Он обнаружил в нефтях многих залежей огромное количество разнообразнейших микровключений: остатки кальцитовых или кремневых скелетов и панцирей, окаменелые растительные остатки, раковинки фораминифер, мельчайшие конкреции пирита, небольших рачков, остатки скелетов насекомых, оболочек спор, водорослей, грибков, кутикулы смолистых телец, кусочки угля и лигнита. Некоторые из этих включений, конечно, могли быть привнесены в нефть со стороны. Однако большая их часть, несомненно, генетически связана с нефтями, в которых они обнаружены. [Это заключение в свете новейших данных представляется ошибочным. Большая часть подобного рода включений связана с вмещающими нефть отложениями и попала в нее чисто механическим путем. Часть наиболее мелких включений, в частности споры и пыльца, могла попасть в нефть на путях ее миграции.]

Еще одним доказательством органического происхождения нефти является присутствие нефтяных УВ в современных осадках Мексиканского залива [23]. Определение абсолютного возраста этих УВ свидетельствует о том, что они не могли мигрировать в современные осадки из более глубоких горизонтов, а образовались на небольших глубинах в результате разрушения ОВ, захороненного в самих этих осадках.