В последние годы появляются гипотезы, пытающиеся объединить органическую и неорганическую теории происхождения нефти и газа. Одной из таких гипотез является разработка ряда авторов из Украины (И.И. Чебаненко, В.П. Клочко, В.С. Токовенко и Н.И. Евдощука). Их взгляды показаны на рис. 3.3.).
Рис.3.3. Схемы формирования нефтяных и газовых месторождений по органической (А), магматически-неорганической (Б) и осадочно-неорганической (В) гипотезам (по И.И. Чебаненко, В.П. Клочко, В.С. Токовенко (ИГН НАН Украины), Н.И. Евдошук (Геолком Украины).
На А показана геологическая схема образования нефтяных и газовых месторождений в соответствии с исходными положениями органической теории. На Б приведена схема образования нефтяных и газовых месторождений, составленная на основании теории о неорганическом происхождении нефти. На В показано формирования нефтяных и газовых месторождений (нефть как продукт синтеза Н2 и С (не на глубинах, а в приповерхностных участках Земли). Основа гипотезы - нефтяные УВ формируются в верхних участках земной коры, где глубинный водород (а не готовые нефтяные УВ) соединяется с седиментогенным углеродом.
Вот некоторые аргументы этих авторов: (по Чебаненко И.И., Довжок Е.М., Клочко В.П., Пономаренко М.И., 1986).По их осадочно-неорганической гипотезе постулирется представление о нефти как продукте синтеза водорода и углерода, который происходит не на глубинах, а в приповерхностных участках Земли. Эта гипотеза не является компромиссной между двумя предыдущими - органической и магматически-неорганической. В ней отсутствуют такие понятия как нефтематеринские слои и такие представления, как подъем готовых нефтяных УВ из глубинных частей Земли. Основной постулат этой гипотезы - нефтяные УВ формируются в верхних участках земной коры, где глубинный водород (а не готовые нефтяные УВ) соединяется с седиментогенным углеродом.
|
|
Преобладающее большинство нефтяных и газовых месторождений мира размещено в местах больших скоплений осадочных пород, т.е. в геосинклиналях, рифтогенах и других впадинах земной коры потому, что именно в этих геоструктурах сосредоточены крупные массы углерода, необходимого для соединения с водородом. Во-вторых, именно к этим геологическим регионам по зонам глубинных разломов поступают самые большие количества ювенильного водорода.
Преимуществом осадочно-неорганической теории (по И.И. Чебаненко и др.) перед неорганической (магматически-неорганической в их редакции) является то, что в первой речь идет только о водороде (положение о наличии которого в глубинах Земли не нуждается в доказательствах), тогда как постулат абиогенной гипотезы о поступлении уже готовых нефтяных УВ из глубин Земли еще требует подтверждения, особенно в их качественном и количественном отношении.
По гипотезе осадочно-неорганического образования нефти процесс соединения водорода с углеродом, являясь основой этой гипотезы, происходит в недрах нашей планеты постоянно, а значит – запасы нефти такого происхождения почти неисчерпаемы.
В нефтяной геологии давно замечено такое интересное явление, как частичное, а возможно, и полное "восстановление" нефтяных и газовых месторождений, которые были когда-то использованы, т.е. истощены разработкой. Они подновляются водородом.
|
|
Ювенильный водород поступает из глубин Земли в наибольших количествах по зонам глубинных разломов, а наибольшие объемы углерода сосредоточены в мощных толщах осадочных формаций. И.И. Чебаненко и др. пришли к выводу, что наиболее перспективными для выявления нефтяных и газовых месторождений будут зоны глубинных разломов (и их разветвления), геосинклиналей (орогенов), рифтогенов, синеклиз, краевых частей платформ, щитов, массивов и других блоков земной коры, что авторы этой гипотезы доказывают, как они утверждают, уже много лет.
КРАТКИЕ ВЫВОДЫ
Если попытаться рассмотреть предложенные теории и гипотезы происхождения нефти и газа, то нефть наиболее доказано, что нефть имеет органогенное происхождение за счёт преобразования захороненного ОВ в осадочных породах (доманикиты, сапропелиты). Газ возникает в тех же, что и нефть условиях осадочного бассейна. Кроме этого, вероятно, газ в некотором количестве возникает, в том числе, и за счёт соединения идущего из глубин водорода с углеродом пород (по И.И. Чебаненко).
По мнению автора пособия, газ возникает в результате соединения водорода, идущего из глубин с углеродом ОВ пород осадочного происхождения не как считают И.И. Чебаненко и др. на небольших глубинах, а именно на больших глубинах. Там, идущий из мантии ювенильный водород взаимодействует с углеродом ОВ, оставшегося после образования нефти в стадию ГФН и газа в стадию ГФГ, до превращения ОВ в зоне метагенеза в графит. Там весь ювенильный водород и расходуется на небольшие глубины (как считают И.И. Чебаненко и др.) уже не поднимается. Таким образом, метан образуется не осадочно-неорганическим путём, а неорганически-органическим путём.
|
|
В добавление к гипотезе И.И. Чебаненко и др. - часть водорода, поднимающаяся вдоль разломов не успевает вступить в соединение с углеродом ОВ в зоне метагенеза с продуцированием метана, а поднимается и взаимодействует с захороненным ОВ уже в зоне ГФН и в более высоких гипсометрически уровнях, давая нефть неорганически-органического происхождения.
Таким образом, кроме гипотезы органогенной, неорганической общепринятых и осадочно-неорганической (по И.И. Чебаненко, В.П. Клочко, В.С. Токовенко (ИГН НАН Украины), Н.И. Евдошук (Геолком Украины), рассмотренных в данном пособии, уже только на основании изложенных выше теории и гипотез можно сформулировать обобщённую гипотезу автора пособия, а именно неорганически-органическую, которая выступает частным случаем, дополнением к осадочной теории, разработанной нашими великими соотечественниками. Автор пособия привёл свои рассуждения только для того, чтобы показать изучающим данное пособие, что на основании только логических рассуждений каждый вдумчивый учёный, даже вдумчивый студент, могут внести свои дополнения к уже существующим теориям и гипотезам в геологии, и тем самым пробудь читающих данный материал к творческому научному подходу к исследованиям в геологии нашей планеты, которая ещё до конца не изучена и где можно приложить своё творческое воображение. Любая гипотеза требует подтверждения в виде научных экспериментов, а приведенные гипотеза украинских авторов и рассуждения автора гипотеза их лишены, что не исключает попадания этих рассуждений в область возможного, но, лишенное доказательств, в настоящий момент не имеет актуальности.
Дело в пропорции. Если возникшая по осадочной теории нефть даёт большую часть запасов нефти планеты Земля, то осадочно-неораническая её составляющая (по И.И. Чебаненко и др.) и осадочно-неорганически-органическая (по автору пособия) составляют, вероятно, первые проценты, хотя и они имеют значение, особенно в предстоящем столетии, при исчерпании основных запасов нефти, находящейся в настоящее время в осадочных бассейнах и возникшей по органической теории.
Итак, из существующих в настоящее время наиболее близки автору пособия следующие взгляды:
1. Нефть на планете Земля имеет в основном органогенное происхождение. Все постулаты органической теории правильные.
2. Неорганическая теория, как она сегодня сформулирована, недостаточно обоснована и не имеет преимуществ перед органической теорией.
3. Осадочно-неорганическая гипотеза И.И. Чебаненко и др. о том, что нефтяные УВ формируются в верхних участках земной коры, где глубинный водород (а не готовые нефтяные УВ) соединяется с седиментогенным углеродом правдоподобна, но не имеет научных доказательств. Количество продуцируемой таким образом нефти, вероятно, если и имеет место, то имеет подчиненное по отношению к нефти, возникшей по теории органической происхождения, положение.
4. По мнению автора пособия, если просто логически порассуждать в рамках предложенной И.И. Чебаненко и др. гипотезы, то можно предположить, что синтез ювенильного водорода с углеродом ОВ пород с продуцированием природного газа ниже зоны ГФГ имеет место в зоне метагенеза, в зоне «газового дыхания», где весь ювенильный водород и расходуется на эту реакцию. Количество такого газа невелико.
5. Часть водорода, проникающая в кору Земли вдоль глубинных разломов и не израсходованная на синтез метана в зоне метагенеза, вступает в соединение с захороненным углеродом, входящим в состав ОВ пород уже в зоне ГФН и на более высоких гипсометрически уровнях, давая нефть и газ не осадочно-неорганическую, как у И.И. Чебаненко и др., а неорганически-органическую. Количество таких нефти и газа, вероятно, также невелико.
Как бы то ни было, в настоящее время аргументирована и научно доказана теория осадочного или биогенного происхождения нефти. Неорганогенная или абиогенная гипотеза не имеет такой развернутой доказательной базы, равно как приведённая в качестве примера полёта научной мысли гипотеза И.И. Чебаненко с соавторами, на основании которой автор пособия позволил себе порассуждать о возможных модификациях этой гипотезы и сформулировал её возможные положения.
Итак, основыне запасы нефти и газа в настоящее время обнаруживаются по положениям теории органического происхождения нефти. Её основной постулат – нефть образуется из органического вещества, захороненного в нефтематеринских свитах, в зоне катагенеза органическое вещество отмерших организмов преобразуется в нефть, которая мигрирует по резервуарам в сторону ловушек, где формирует месторождения нефти и газа.
ПОРОДЫ-КОЛЛЕКТОРЫ
Породы-коллекторы, это - горные породы, обладающие способностью вмещать нефть, газ и воду и отдавать их при разработке. Абсолютное большинство пород-коллекторов имеют осадочное происхождение. Коллекторами нефти и газа являются как терригенные (пески, алевриты, песчаники, алевролиты и некоторые глинистые породы), так и карбонатные породы (известняки, мел, доломиты).
Рис.3.4. Виды коллекторов: а,б,в,г – поровые коллекторы – а – высокопористый, образованный хорошо отсортированными частицами, б – плохо отсорированная низкопористая порода, в – хорошо отсортированная высокопористая порода сложенная проницаемыми частицами (в1-поры сообщающиеся, в2 – поры закрытые), г – хорошо отсортированнаясцементированная порода, д –каверновые поры, е – трещинные поры.. (по ttp://www.gubkin.ru/faculty/magister_training/magistrantu/posobia/UCH2/Glava4.htm)
Различают несколько видов пустотного пространства. Это поры, каверны и трещины.
Поры - пространство между отдельными зернами, слагающими горную породу (рисунки.3.4. и 3.5.).
Рис. 3.5. Движение флюидов по порам в песчанике (по https://www.neftelib.ru/neft-book/004/10/index.shtml)
Каверны - сравнительно крупные пустотные пространства, образовавшиеся в результате действия процессов выщелачивания (рис.3.6). Они развиваются в участках сгущения трещин. При этом растворяется небольшой участок породы – каверна. Каверны могут быть частично заполнены (рис.3.6. и 3.7.).
Рис.3.6. Каверны прорисованы. Видны эффективные трещины. Каверны показаны наклонными линиями.
Рис. 3.7. Доломит замещения. Первичный доломит серый, доломит второй генерации белый, он частично заполняет первичные каверны. Видны эффективные трещины. Каверны – черные.
Трещины - разрывы сплошности горных пород, обусловленные в основном тектонической деятельностью. Они либо выполнены вторичными минералами, либо открытые, или эффективные, т.е. через них может перемещаться жидкий флюид (рис. 3.8.).
Рис. 3.8. Эффективные трещины в верхнедевонских кремнеаргиллитах с линзами известняков.
Рис..3.9. Кубики карбонатных и кремнисто-карбонатно-глинистых пород, насыщенные люминофором. Показаны парами. На втором кубике в паре видно свечение люминофора по эффективным трещинам (по К.И. Багринцевой, 2004).
На рисунках показаны способы изучения трещин в образцах произвольной формы (рис. 3.8, фото автора) и пропитанных люминофором, который светится в ультрафиолете (рис. 3.9 на фото – светлые полости).
Породы-коллекторы характеризуются двумя признаками - емкостью (пористостью) и проницаемостью, т. е. системой таких пор, трещин и каверн, через которые возможно движение пластовых флюидов (газа, нефти и воды). Далеко не все породы, обладающие емкостью, являются проницаемыми для нефти и газа, т. е. коллекторами. Поэтому при изучении коллекторских свойств горных пород определяют не только их емкость, но и проницаемость. Проницаемость горных пород зависит от поперечных (к направлению движения флюидов) размеров пустот в породе.
По размерам все пустоты или поры делятся на сверхкапиллярные (> 0,5 мм), капиллярные (0,5-0,0002 мм), субкапиллярные (< 0,0002 мм).
В сверхкапиллярных порах движение воды подчинено законам гидравлики. Вода, нефть и газ в них свободно перемещаются под действием гравитационных сил молекулярного сцепления. Субкапиллярные поры характерны для глинистых пород, которые являются водо- и нефтегазоупорными. Фильтрация воды по таким породам невозможна. Движение нефти в пласте осуществляется лишь по сообщающимся между собой поровым каналам размером >0,0002 мм.
Субкапиллярные каналы, как наиболее крупные, пропускают нефть, воду и газ, капиллярные каналы пропускают флюиды при участии капиллярных сил, субкапиллярные для флюидов практически непроницаемы (например, глинистые сланцы).
По генезису поры делятся на первичные, сформированные при осадконакоплении, например, в песчаниках, либо вторичные, развитые в зонах дробления, растворения, проявления вторичных процессов, таких как доломитизация, окремнение и выщелачивание.
Все коллекторы по характеру пустот подразделяется на три типа: гранулярные (только обломочные горные породы), трещинные (любые горные породы) и каверновые (только карбонатные породы).
1. гранулярные песчано-алевритовые породы, обладающие межгранулярной (межзерновой) пористостью и проницаемостью, а также известняки и доломиты с межоолитовой пористостью;
2. трещинные, приуроченные к породам с разным литологическим составом – известнякам, доломитам, сцементированным песчаникам, глинистым сланцам, а также к кристаллическим породам;
3. кавернозные, обычно связанные с карбонатными породами, а иногда с песчаниками.
Приведем краткое описание пород, в которых могут быть развиты породы-коллекторы:
Пески и песчаники состоят из обломков минералов и горных пород размером от 1 мм до 0,1 мм. По размеру зерен они подразделяются на крупнозернистые (1-0,1 мм); среднезернистые (0,5-0,25 мм) и мелкозернистые (0,25-0,1 мм). В зависимости от состава минеральных зерен различают мономинеральные и полимиктовые пески и песчаники.
Алевриты и алевролиты - тонкозернистые (крупность зерен от 0,1 мм до 0,01 мм) обломочные породы весьма разнообразного состава, рыхлые (алевролиты) и сцементированные (алевролиты). По происхождению алевролиты не отличаются от песчаных пород и образуются в море, в реках и имеют эоловое происхождение.
Известняки и доломиты - осадочные преимущественно морские образования, состоящие главным образом из кальцита и кальцитовых скелетных остатков организмов или заместивших их молекул доломита. Известняки органического происхождения образованы известняковыми раковинами и внутренними скелетами различных животных и растений. Осаждаются они на дне морей и озер. По внешнему виду представляют собой массивные пористые и плотные породы. В зависимости от преобладания в составе пород тех или иных остатков растений и животных среди них различают коралловые (образовавшиеся в результате жизнедеятельности коралловых колониальных полипов), ракушняки (состоящие целиком из раковин моллюсков) т. д. Известняки химического происхождения возникают при отложении из растворов. Типичными представителями этого типа являются известняковые туфы (травертины), образующие на суше в результате выпадения извести из под некоторых источников.
Другая разновидность – оолитовые известняки, образующиеся в зоне подвижных морских вод при осаждении кальцита и растворов вокруг центра кристаллизации (пузырьков воздуха, пылинок и др.).
Доломит – порода, состоящая на 90% из минерала (CaMg(CO3)2). Для доломита характерна примесь кальцита, гипса, магнезита, кремнезема, окислов железа и других веществ, выпадающих из растворов при образовании осадков или диагенеза. По внешнему виду доломиты похожи на известняки, но почти не вступают в реакцию с холодной соляной кислотой. Окраска доломита в основном светло-желтоватых, красноватых и зеленоватых оттенков. Характерны высокая пористость, трещиноватость и кавернозность, часто за счет выщелачивания раковин.