Нефть – продукт превращений в открытых неравновесных системах

В настоящее время делаются успешные попытки объяснить состав нефтей и газов в залежах реакциями с участием водорода. Процессы гидрогенизации и деструкции могут проходить и при движении продуктов реакций по проницаемым зонам.

Возможно, что скопления на больших глубинах асфальтов или тяжелых нефтей содержат в себе вещества ранних стадий нефтеобразования, а не результат окисления нефти, как широко принято считать в настоящее время. Помимо продуктов уплотнения из глубоких очагов генерации нефти и газа в осадочную толщу должны проникать метан, а также парафиновый газоконденсат, образующийся при синтезе углеводородов из СО и Н₂. Эволюция этих трех составляющих – метана, парафиновых углеводородов и циклических продуктов уплотнения, происходящая уже в образовавшихся залежах, и приводит к разнообразию типов нефтей, газов и битуминозных образований в земной коре. Сами очаги нефтеобразования по минеральной концепции уже не представляют собой сугубо гипотетическое непознаваемое явление.

Известны температуры синтеза (400-800 °С), которые имеются в зоне перехода между корой и мантией Земли на глубинах 30-60 км. Экспериментально показано, что катализаторами синтеза углеводородов из СО и Н₂ могут служить щелочные изверженные, вулканические и осадочные горные породы. Можно говорить и о некоторых признаках очагов нефтеобразования: обилии в породах углеподобных веществ полимерной природы. Маловероятно, чтобы очаг нефтеобразования совпадал с магматическим очагом. Скорее он будет находиться в зонах очагов землетрясений на больших глубинах. Сейсмотектонический процесс обеспечит при этом необходимую энергию и каналы для миграции флюидов. Косвенно это подтверждается фактами выделения горючих газов при землетрясениях, а также приуроченностью месторождений нефти и газа к зонам крупных активизированных разломов.

В изложенной модели много неясных и нерешенных вопросов, но есть конкретные объекты и для исследований. Нужно провести более тщательное исследование химии нефтеобразовательных процессов, очагов нефтеобразования, палеосейсмических явлений, форм проявления гидротермального процесса как наиболее реального механизма миграции нефти, геохимических ореолов рассеяния, сопровождающих процесс формирования месторождений, и многих других проблем. Необходимо исследовать и истинные масштабы этих процессов.

На вопросы, неразрешимые с точки зрения равновесной термодинамики, очень трудно найти ответ (например, у современной науки по-прежнему нет общепринятой модели возникновения жизни). При этом, как правило, неравновесные процессы могут реализоваться в строго определённых специальных условиях. Остается непонятным, в какой мере условия в осадочных толщах Земли соответствовали тем, которые были необходимы для массового образования нефти. Тем не менее, принципиальная возможность такого „попадания“ существует, и она достойна тщательного изучения.

Ниже приводится схема рассуждений М.В. Родкина, считающего, что основные особенности неравновесного процесса можно рассмотреть с самых общих позиций, и что даже такой предварительный анализ уже приводит к важным и нетривиальным выводам. По аналогии с другими процессами, запрещёнными равновесной термодинамикой, естественно предположить, что образование нефти из рассеянного органического вещества может идти по схеме проточного неравновесного реактора. В реакционный объём поступают вещество и энергия, а из него удаляются продукты реакции. При таком подходе многое видится совсем по-другому. Например, ясно, что простое существование пород, богатых рассеянным органическим веществом, долго находившимся при повышенных температурах, — условие необходимое, но недостаточное, поскольку в этом случае из углеводородов образуется только метан. Чтобы пошёл процесс нефтеобразования, в нефтематеринские толщи должны поступать потоки вещества и энергии, а из них должны быстро выноситься и где-то при более низких термодинамических параметрах накапливаться продукты — компоненты нефти. В земной коре интенсивный перенос вещества и энергии возможен только с помощью магмы или газожидкостных потоков вещества (флюидов). Магма не подходит — у неё очень высокая температура, при которой нефть тут же разложится. Остаются только потоки глубинного флюида, которые несут не только энергию, но и разнообразные глубинные компоненты, в частности углеводороды мантийного происхождения. Это уже типичный проточный реактор.

Такая модель хорошо согласуется с хорошо известными эмпирическими фактами: давно установлена связь между местами образования и накопления нефти и местами перемещения флюидов в земной коре. (Сходные выводы следуют из флюидодинамической модели нефтегенеза Б.А. Соколова. Правда, там они – не плод теоретических соображений, а результат обобщения эмпирических данных по бассейнам активного образования и накопления нефти.)

С позиций неравновесного проточного реактора можно легко объяснить пробелы биологической модели образования нефти:

– разобщённость в пространстве зон образований и скоплений нефти;

– стадийность формирования нефти и расположение очагов образования и залежей у зон разломов;

– связь месторождений с эпохами и районами активизации глубинного флюидного режима;

– относительно слабая зависимость между составом и объёмами нефтей в месторождениях и характеристиками вмещающих осадочных пород;

– существование каналов подпитки залежей нефти и присутствие примесей мантийного вещества там, где идёт интенсивное нефтеобразование.

Какие же из геотектонических структур больше всего похожи на проточный неравновесный реактор? Глубокие осадочные бассейны, там, где есть вертикальные потоки отжимаемых из осадков флюидов. Другой вариант – зоны, где одни блоки земной коры глубоко надвигаются на соседние, оставляя под собой огромные массы осадочных пород. Самые крупные зоны таких сдвигов – зоны субдукции, в которых океанические плиты вместе с осадками оказываются затянутыми в мантию. Потоки флюидов несут энергию и разнообразные глубинные компоненты – проточный реактор обеспечен бесперебойной работой. Если бы этих потоков не было, то образующиеся неравновесные углеводороды там же и распадались бы с образованием метана, углекислого газа и графита. Надо сказать, в последние годы геологогеофизические исследования подтвердили, что зоны интенсивного образования нефти и газа совпадают с зонами глубинных надвигов и субдукции (современной или древней). Такое соответствие найдено в районах добычи на Южном Каспии, Северном Сахалине, Западной Камчатке. Интересно было бы расширить этот список и проверить, хорошо ли соблюдается данная закономерность в других районах.

Возникает интересная картина: образование нефти рассматривается как биогенный процесс в проточном неравновесном реакторе, но характерными чертами такого процесса становятся особенности, трактуемые обычно в рамках абиогенной модели нефтегенеза. Например, скопления нефти у зон разломов, наличие путей подпитки нефти, связь месторождений с зонами активизации глубинного (в частности, мантийного) флюидного режима – всё это необходимые условия эффективного преобразования рассеянного органического вещества в нефтяные углеводороды. В рамках такой схемы большая часть чисто биогенных или абиогенных объяснений теряют свою категоричность. Намечается сближение двух концепций, возможность их одновременной или взаимодополняющей разработки. Естественно предположить, что происходит (в разных условиях и в разных масштабах) и биогенное, и абиогенное нефтеобразование. Работает общий принцип: в природе реализуется всё, что не запрещено основными физическими законами. При этом почти трёхсотлетняя дискуссия по проблеме оказывается почти иллюстрацией классической гегелевской триады: „тезис — антитезис — синтез“, которая хотя и не является системной, но все-таки представляет собой шаг вперед по сравнению с линейными подходами.