Кайнозой - новая жизнь.– 65 млн. лет

Палеоген - древний род. Характерно появление млекопитающих, первых обезьян. Расцвет покрытосеменных растений. Беспозвоночные организмы становятся близки к современным. Для этого времени характерны самые крупные месторождения нефти.

Неоген –(новый род) - характерно появление человекообразных обезьян.

Четвертичный (антропоген). Название "четвертичный" имеет исторический аспект. В позапрошлом веке горные породы делились на первозданные (ныне - докембрий), первичные (палеозой), вторичные (мезозой), третичные (ныне палеоген и неоген) и четвертичные. Последнее название дошло до нынешних времен. Животный и растительный мир близок к современному.

Альпийская складчатость. Образуются Средиземноморская и Тихоокеанская геосинклинали. Из них к настоящему времени образовались Альпы, Апеннины, Карпаты, Кавказ, Гималаи, Кордильеры.

2 млн. лет назад появился человек. Этот период в 1922 году замечательный русский палеонтолог А.П.Павлов назвал антропогеннным. Сейчас геологическая роль человека, вооруженного орудиями труда, становится все более геологически значимой. В результате Земля преобразуется так, как никогда ранее. В.Н.Вернадский, Лурье, Тейар де Шарден называли это ноосферой, П.А.Флоренский – пневматосферой (сферой Духа), А.Е.Ферсман – техносферой. А теперь уже не нужно быть гением, чтобы увидеть многочисленные ее проявления в нашей жизни. Возможно, что мы живем уже в новой, технозойской эре. Как писал немецкий ученый Б.Шапиро «Кайнозойская эра кончилась, технозойская началась».

1.7.4. Жизнь в круговороте углерода и в истории Земли.

nCO₂ + nH₂O ↔ (СН₂О)_n + nO₂

реакция фотосинтеза

Начальным источником углерода в верхних геосферах является мантия. В результате ее дегазации в атмосферу и гидросферу попадает двуокись углерода (СО₂). Благодаря большой подвижности и хорошей растворимости в воде диоксид углерода занимает исключительное положение в геохимии углерода, являясь начальным и конечным звеном многочисленных его превращений (В.И.Ермолкин, 1993). Однако процентное содержание углерода в различных частях земли резко различно (Таблица 11).

Таблица 11. Распределение углерода в различных частях Земли (по В.А.Успенскому)

То есть содержание углерода в осадочной оболочке в 36 раз больше средней по Земле, а в почвах и илах – в 100 раз больше. Это перераспределение - результат действия живого вещества, хотя в самой биомассе заключена лишь ничтожная часть общего углерода.

На Земле существуют две различные ветви круговорота углерода и механизма его выхода из круговоротов биосферы – через неорганический углерод карбонатных минералов и через органическое вещество (рис. 1.18).

Рис. 1.18. Круговорот углерода на Земле (По Реймерсу, 1990).

Обе эти ветви имеют единый источник углерода – атмосферу и гидросферу. Далее по первой ветви происходит нейтрализация оснований угольной кислотой и образование солей кальция и магния. Выделение и растворение карбонатов происходят в природе неоднократно. Эта ветвь дает начало разнообразным карбонатным породам и по количеству депонированного углерода в 6-7 раз превосходит другую ветвь.

Содержание СО₂, определяющего кислотность морской воды, остается постоянной благодаря карбонатно-бикарбонатному буферу. Этот буфер действует следующим образом: углекислый газ водорастворим, и в океанах его растворено около 140 трлн. т (против 2,6 трлн. т в атмосфере). При избытке СО₂ нерастворимый карбонат (СаСО₃) переходит в растворимый бикарбонат Са (НСО₃)₂. При недостатке СО₂ растворимый бикарбонат переходит в нерастворимый карбонат. В результате метаморфизма и эрозии, карбонатный углерод в виде СО₂ попадает в гидросферу и атмосферу и вновь включается в круговорот. Поэтому опасения, что атмосфера отравится углекислым газом от выбросов промышленных предприятий и спровоцирует парниковый эффект, не обоснован, потому что на Земле существуют океан и биосфера.

Другая ветвь превращений углеродных соединений начинается с ассимиляции СО₂ в результате фотосинтеза. При этом, из окисленной формы углерод за счет энергии света переходит в восстановленную, запасая энергию. Все последующие превращения происходят с потерей энергии и уменьшением количества органического вещества. Процесс происходит по двум возможным циклам малому и большому (рис. 1.19).

Рис. 1.19. Основные циклы органического углерода на Земле (по Вельте)

Заимствовано из работы «Геология и геохимия, 2000.

На самых заключительных стадиях метаморфизма углерод переходит в инертную форму – графит.

В работе этого механизма с необходимостью участвует кислород, а весь свободный кислород планеты имеет биогенное происхождение. Так как он плохо растворим в воде, он идет в атмосферу, увеличивая его содержание уже на границе докембрия – кембрия до величин, сопоставимых с современным. Живые существа не только производят кислород, но и потребляют его. В биосфере проходит реакция nCO₂ + nH₂O ↔ (СН₂О)_n + nO₂. Слева направо реакция идет как фотосинтез, справа налево – как дыхание, горение, гниение. Увеличение содержания кислорода в атмосфере (то есть смещение равновесия), как известно из курса химии, возможно только при удалении одного из продуктов реакции – захоронения восстановленного, то есть не окисленного органического вещества.

Возраст древнейших пород, в которых найден углерод заведомо органического происхождения (по соотношению изотопов ¹²С и ¹³С) - это возраст древнейших осадочных пород. Временем 3,4 млрд. лет датируются первичные микроорганизмы(?) – цианобактерии (сине-зеленые водоросли) - то есть это время зарождения жизни и возникновения источника молекулярного кислорода. Примерно 2 млрд. лет назад биосфера «вывернулась наизнанку» – вместо кислородных оазисов вокруг скоплений живых организмов появились анаэробные «карманы». Тогда же содержание кислорода в атмосфере достигло 1% от современного (точка Пастера). Именно с этой пороговой концентрации энергетически выгодным для жизни становятся не реакции брожения, а реакции окисления. Начинается необратимое отравление (с точки зрения анаэробов) атмосферы кислородом. В течение протерозоя мир постепенно становится аэробным (рис. 1.16).

Роль жизни как планетного геологического фактора в наиболее последовательной форме раскрыл замечательный русский ученый, основоположник геохимии В.И.Вернадский. Он писал «…Вещество биосферы благодаря им <космическим и солнечным лучам> проникнуто энергией; оно становится активным, собирает и распределяет в биосфере полученную в форме излучений энергию, превращает ее, в конце концов, в энергию в земной среде свободную, способную производить работу... Жизнь является великим, постоянным и непрерывным нарушителем химической косности поверхности нашей планеты. Можно говорить о всей жизни, о всем живом веществе как о едином целом в механизме биосферы, хотя только часть его – зеленая, содержащая хлорофилл растительность – непосредственно использует солнечный луч, создает через него фотосинтезом химические соединения, неустойчивые в термодинамическом поле биосферы при умирании организма, или при выходе из него. С этой зеленой частью непосредственно и неразрывно связан весь остальной живой мир.” Зеленые растения составляют основание трофической пирамиды “Дальнейшую переработку созданных ею химических соединений представляет все вещество животных и бесхлорофильных растений… Можно рассматривать всю эту часть живой природы, как дальнейшее развитие одного и того же процесса превращения солнечной световой энергии в действенную энергию Земли. Часть живого вещества не возвращается сразу же после гибели организма назад в биосферу, а захоранивается”. В результате “Мы имеем здесь дело с новым процессом – с медленным проникновением внутрь планеты лучистой энергии Солнца, достигшей его поверхности. Этим путем живое вещество меняет биосферу и земную кору… Вся земная кора целиком, на всю доступную нашему наблюдению глубину изменена этим путем… Скопления этих органических веществ являются очагами огромной потенциальной энергии, “погребенными лучами Солнца…”

* * *

Таким образом, живое вещество, зародившись на заре истории Земли, создало кислородную атмосферу, что позволило стратегии жизни перейти от анаэробных форм к значительно более эффективным, аэробным. Улавливая, пропуская через себя, восстанавливая и концентрируя углерод, живое вещество планеты создает, таким образом, концентрированные сгустки энергии в виде скоплений месторождений горючих ископаемых.

1.7.5. Ритмы и ранги в земной коре.

Рассматривая окаменевшую летопись Земли – стратиграфический разрез - можно видеть, что он состоит из отдельных слоев, фиксирующих отдельные акты накопления осадка. Отдельные слои объединяются в толщи, сложенные повторяющимися ритмами, характеризующими условия осадконакопления. Если накапливающиеся ритмы имеют сходный состав, мы говорим, что скорость прогибания территории (или подъем воды мирового океана) примерно соответствует скорости накопления осадка (компенсированное прогибание). Когда породы вверх по разрезу становятся более глубоководными, это свидетельствует о некомпенсированном прогибании. И та и другая ситуация соответствует трансгрессии (наступлению) моря. В тех случаях, когда породы вверх по разрезу представлены все более мелководными разностями, это свидетельствует об обмелении бассейна осадконакопления – регрессии (отступлении) моря, или переполнении бассейна осадконакопления слишком большим количеством сносимого с суши материала.

В геологических разрезах встречаются закономерно чередующиеся регрессивные и трансгрессивные серии. Любой геологический разрез состоит из различных пород, и его неоднородность проявляется на разных масштабах его изучения и обусловлена цикличностью смены условий осадконакопления.

Вспышки тектонической активности и обогащение атмосферы углекислым газом, приводят сначала к расцвету растительной жизни, стоящей в основании трофической пирамиды, затем атмосфера перенасыщается кислородом, становится холоднее (уменьшается парниковый эффект), органический мир скудеет, и продукты его жизнедеятельности и отмершие остатки могут быть быстро захоронен благодаря разрушению гор, образованных в результате тектонической активности. В результате возникают максимумы нефтеобразования (это одна из моделей взаимосвязей тектоно-органических циклов нефтегазообразования).

Какой бы отрезок времени, и какую территорию ни взять, мы найдем системы наложенных друг на друга больших и малых ритмов. Поднятия сменяются погружениями. Как окаменевшие волны застыли в недрах Земли складки, разломы образуют периодически сети. На локальном уровне конкретного месторождения (например, Усть-Балыкского) периодичность тектонической активности проявляется в следующем: на месторождении встречаются 7-10 участков, где с интервалом 2 – 3 года, или 5 - 6 лет происходят аномалии (по интенсивности и импульсивности) проявления современных напряженно – деформационных процессов, протекающих в земной коре вплоть до земной поверхности. С этими геодинамическими аномалиями связаны изменения дебитов скважин (30-40%), аварии, связанные со сломом обсадных колонн или их искривлением (более 60%), порывы трубопроводов различного назначения (76-94%). Выявление закономерностей в периодичности этих процессов по времени и территории позволяет их прогнозировать (Касьянова,1999).

Познание закономерностей распределения этих периодов и использование их в целях нефтегазовой геологии даст в руки геологов мощный инструмент прогноза.

1.8. Нефть и газ в недрах Земли.

1.8.1. Нефть, газ, газогидраты.

Их химические и физические свойства.

Нефти, газы и продукты их преобразований, находящиеся в недрах Земли, представляют собой сложную систему, растворены друг в друге органических компонентов, включающих до 900 индивидуальных веществ. Нефть - маслянистая, часто смолистая жидкость, как правило, окрашенная примесями в различные цвета, флюоресцирующая на свету.

Основные химические элементы, из которых состоит нефть - 83-87 % углерода (С), 12-14 % водорода (Н), до 7% серы (S). Сера обычно присутствует в виде сероводорода, или меркаптанов. Она встречается не часто, но является очень вредной примесью, так как усиливает коррозию металлов и вредна для людей. Также в нефтях присутствует до 1,7% азота – совершенно безвредного газа. В виде разнообразных соединений встречается до 3.5 % кислорода. В очень небольших количествах в нефтях обнаружены металлы – ванадий, никель, железо, свинец.

Соединения (минералы) нефти чрезвычайно разнообразны. Они могут формировать цепочки разной длины. Такие углеводороды называются - парафиновые (предельные, или углеводороды метанового ряда - метан, этан и т.д.), имеющие общую формулу С_nH_2n+2, где n число атомов углерода. Парафиновые углеводороды бывают нормальные и изопарафины (образующие не цепи, а решетки)Рис. 1.21. При n от 1 до 4 парафиновые углеводороды являются газами, при n от 5 до 15 – жидкостями, а при больших цепочках твердыми веществами – парафинами.

Рис. 1.21. Примеры структуры углеводородов парафинового ряда.

Температура плавления парафинов при нормальных давлениях – 50-60ºС. В пласте парафины обычно находятся в растворенном состоянии, но при разработке могут выпадать в виде кристаллов, закупоривая поры, и создавая другие проблемы при эксплуатации залежи.

Нафтеновые углеводороды (цикланы) имеют формулу С_nH_2n

Нафтены улучшают экплуатационные свойства бензинов и масел, являются сырьем для получения ароматических углеводородов (рис. 1.22 А).

Ароматические углеводороды (арены) имеют формулу С_nH_2n-6 Они обладают хорошей растворяющей способностью, но высокотоксичны (рис. 1.22.Б).

А Б

СН2     Н2С СН2     Н2С СН2     НС2	СН2     Н2С СН2     Н2С СН2     НС2
Циклогексан	Бензол

Рис. 1.22. Примеры структуры углеводородов

нафтенового (А) и ароматического (Б) рядов.

Чистые, без примесей, газы не имеют запаха, а жидкие углеводороды пахнут приятно для каждого нефтяника. Неприятный запах углеводородам придают разнообразные примеси, главным образом меркаптаны.

Физические свойства нефтей различны, меняясь в зависимости от химического состава, температуры и давления, а также от растворенного в нефти газа.