Основные геохимические доводы в пользу органического происхождения нефти

Органическое происхождение нефти и природного газа ныне при­знается подавляющим большинством ученых и практиков. Для обо­снования этого положения могут быть приведены геологические, геохимические и химические доводы. Геологические доказательства органического происхождения нефти базируются на условиях зале­гания нефти и на закономерностях распространения их в земной коре. Отчасти эти условия проанализированы в предыдущих гла­вах. Одним из доказательств органического происхождения нефти является то, что 99,9% известных скоплений нефти и газа при­урочено к осадочным толщам. Другим доказательством служит не­равномерность распространения скоплений нефти и газа в земной коре и преимущественная приуроченность их к определенным лито-лого-фациальным комплексам. Наконец, в качестве доказательства, как отмечают М. Ф. Мирчинк и А. А. Бакиров, можно рассматривать довольно частое нахождение скоплений нефти и газа в линзах проницаемых пород среди непроницаемых. Закономерности распростра­нения скоплений нефти и газа в земной коре подробно рассматри­ваются в последующих главах.

Следует остановиться на химической аргументации в пользу органического происхождения нефти. Отмечается структурное сход­ство ряда органических соединений, обнаруженных в осадках, с углеводородами, составляющими основную массу нефти. Особенно близкое родство в структурном строении молекул, переходящее иногда в тождество, наблюдается между липоидами и некоторыми углеводородами нефтей. В составе легких ароматических углеводоро­дов нефтей выдерживается следующее неравенство: ксилола больше, чем толуола, а толуола больше, чем бензола. При температуре при­мерно 700° С это соотношение меняется в обратную сторону. То же самое, но при более низких температурах, отмечается в соотношении в нефтях циклогексана и циклопентана и их простейших аналогов, Эти соотношения ясно показывают, что, нефти в процессе своего образования не могли испытывать действия высоких температур.

В качестве доказательства органического происхождения нефти следует рассматривать наличие в ее составе кислородных, азотистых и сернистых соединений явно биогенного происхождения. Большин­ство из этих соединений, как показали исследования В. И. Вернад­ского, Н. Д. Зелинского, С. С. Наметкина и других, несомненно связано с разложением органического вещества. По заключению В. И. Вернадского «нахождение хинолинового ядра в нефтях является не только необъяснимым, но и противоречит наиболее установленным фактам геохимии азота, если возникновение про­изводных хинолина связывать с магмами. К тем же заключениям мы приходим при изучении и других элементов нефтей — серы, кислорода и фосфора».

Большой интерес представляют результаты исследования золы нефтей, которые получены благодаря трудам С. М. Катченкова, Д. И. Зульфугарлы и др. Сравнение средних и максимальных кон­центраций элементов в золе углей и нефтей показывает наличие общих закономерностей в накоплении редких элементов в них. Почти те же закономерности наблюдаются в живом веществе (В. И. Вернадский). •

Одним из доказательств в пользу теории органического про­исхождения нефтей является их оптическая активность. Получен­ные же в результате неорганического синтеза углеводороды или неф-теподобные продукты оптически неактивны.

Во многих нефтях, главным образом залегающих в относительно молодых породах, обнаружены жирные кислоты. Например, в бори-славской и японской нефтях обнаружены насыщенные жирные кис­лоты: миристиновая, стеариновая и арахиновая. Они представляют собой неизмененные остатки исходных растительных и животных жиров и масел.

Углеводороды, составляющие основу нефтей, обнаруживают при­знаки своей изначально биогенной природы. Особенно убеди­тельны данные, основанные на изучении распределения н-алкинов (от С 2з ДО €34) в битуминозных компонентах рассеянного органи­ческого вещества и нефти (Дж. Купери и Э. Брей, 1963; Дж. Фи-липпи, 1965).

На генетическое родство нефтей*и органического вещества указы­вают изотопный состав углерода. Соотношение изотопов углерода в различных природных соединениях указывает на тяготение неф­тей к органическим соединениям. Как показали работы С. Сильвер-мана и С. Эпштейна (1958), изотопный состав углерода нефтей бли­зок к изотопному составу органического вещества пород, заключа­ющих эти нефти (табл. 51).

Таблица 51

Отношение изотопов углерода в нефти и в органическом веществе пород (по С. Сильверману и С. Эпштейну)

С. Сильверман и С. Эпштейн обратили внимание на соответ­ствие в изменениях 6С¹³ в организмах и нефтях с различными условиями залегания. Различие в величине 6С¹³ у морских и на­земных организмов такое же, как у нефтей, которые по условиям залегания соответственно связаны с морскими и континентальными (но субаквальными) отложениями. В нефтях в сравнении с соответ­ствующими организмами (морскими или пресноводными) наблюда­ется весьма незначительное облегчение изотопного состава углерода. Это может быть обусловлено либо изотопным фракционирова­нием в процессе превращения органического вещества, либо пре­образованием в углеводороды не всей массы органического вещества, а лишь некоторой его части, относительно обогащенной легким изотопом углерода С¹² (липоидная часть).

Изучение изотопных соотношений серы в нефтях, газах и битумах также указывает в большинстве случаев на тесную генетическую связь этих веществ с вмещающими их отложениями.

X. Г. Тод изучил изотопный состав серы нефтей и газов на огромных пространствах США и Канады. В одновозрастных отложениях изотопный состав серы в нефтях различных месторождений ока­зался исключительно близким. Так, в нефтях силура и ордовика в США (Техас) в среднем 6S³⁴ = 7,6°/оо, та же величина для место­рождения Канады составляет 8,4°/д9. Для нефтей девона эта величина колеблется в пределах от 10,1 до 15,5°/оо, для миссисипских нефтей — от 1,3 до 6,8°/оо, для нижнемеловых — от 5,7 до 7,5°/цд и, наконец, для верхнемеловых нефтей от —1,0 до —5,2°/ оо-

В узких стратиграфических интервалах наблюдается большое сходство изотопных соотношений в сере. Такая выдержанность в изотопном составе серы наблюдается, например, для нефтей кар­бона Волго-Уральской области, в месторождениях, расположенных в разных тектонических зонах..,

Большинство исследователей серу, находящуюся в нефти, свя­зывало с последней генетически, лишь в отдельных случаях допу­ская возможность осернения нефтей. Если этот тезис справедлив, то приведенные данные по изотопному составу серы являются одним из наиболее ярких доказательств органического происхождения нефти. Удивительное постоянство изотопного состава серы в нефтях из одновозрастных горизонтов на огромных территориях при одно­временно существенном различии по разрезу говорит о наличии еди­ного, широко распространенного для данного времени источника серы. В то же время исключается наличие локального источника серы, связанной с нефтью, который мог бы обеспечить ее распро­странение по разрезу. Наблюдающаяся по разрезу дифференциация изотопного состава серы нефтей не может быть объяснена процессами фракционирования при вертикальной миграции нефти. В палеогео-логической обстановке земной коры можно представить себе только один источник серы с одинаковым изотопным составом, охватыва­ющий огромные территории, — это сульфаты морских бассейнов. По X. Г. Тоду в открытых морях изотопный состав серы вследствие огромных ее запасов может изменяться во времени, лишь в незначи­тельной степени под влиянием биологического фактора. В замкнутых бассейнах возможно более энергичное фракционирование за счет бактериальной деятельности.

Напомним, что по существу к тем же выводам пришли С. Сильвер­ман и С. Эпштейн по отношению к изотопам углерода. Интересные данные получены в лаборатории ВНИГНИ. В общем по страти­графическому разрезу наблюдается довольно закономерное облегче­ние изотопного состава серы нефтей от кембрия до эоцена (табл. 52),

Следует коротко остановиться на экспериментальных данных по получению нефти искусственным путем. В 1927—1931 гг. акаде­мику Н. Д. Зелинскому при температуре примерно 200° С под дей­ствием хлористого алюминия на холестерин, пальмитиновую, олеино­вую и стеариновую кислоты, пчелиный воск, абиетиновую кислоту, бутелин и каучук удалось получить продукты, похожие по внешнему

Таблица 52

Изотопный состав серы нефтей разного возраста и сульфатов из одновозрастных пород, о/дд

' По данным Тода и Монстера (1963).