ГЕОЛОГИЯ НЕФТИ И ГАЗА (Арвилл Леворсен) - часть 61

 

  Главная      Учебники - Разные     ГЕОЛОГИЯ НЕФТИ И ГАЗА (Арвилл Леворсен) - 1970 год

 

поиск по сайту            

 

 

 

 

 

 

 

 

 

содержание   ..  59  60  61  62   ..

 

 

ГЕОЛОГИЯ НЕФТИ И ГАЗА (Арвилл Леворсен) - часть 61

 

 

разумного   геологического   барьера   [3].   Основными   граничными   условиями   являются

следующие:

1.   Почти   все   нафтиды   (petroleum)   находятся   в   осадочных   отложениях.   Эти

отложения преимущественно морские, а следовательно, и нафтиды, приуроченные к ним,

также   морского   или   близкого   к   нему   происхождения.   В   то   же   время   значительное

количество   нефти   и   газа   обнаружено   в   континентальных   отложениях,   в   которых   они,

видимо,   и   образовались.   Но   учитывая   значительную   окисленность   континентальных

осадков,   а   также   то   обстоятельство,   что   они   обычно   залегают   несогласно   на   морских

отложениях, скорее всего следует допускать образование нефти и газа именно в морских

отложениях и последующую их миграцию в вышележащие континентальные породы.

2.   Нефть,   газ   и   другие   нафтиды   представляют   собой   очень   сложные   смеси

различных гомологических рядов углеводородов. Нет двух нефтей, имеющих совершенно

одинаковый   состав.   Главной   причиной   этих   различий,   по-видимому,   является   разный

состав первичного исходного вещества, но определенным образом могли сказываться

¹Hydrocarbon   compound   [буквально  

-

  «углеводородное   соединение»]  -  производное

углеводорода, содержащее, кроме водорода и углерода, в небольшом количестве также другие
элементы, такие, как сера, азот и кислород. [Термин неудачный. Соединения, содержащие, помимо
С и Н, еще и гетероэлементы, не являются углеводородными. В данном случае правильнее было
бы говорить об асфальтово-смолистых компонентах.]

также   и   последующие   изменения   окружающей   обстановки,   в   особенности   условия

миграции и, кроме того, катализация, полимеризация, колебания температуры и давления,

метаморфизм. В то же время элементарный химический состав углеводородных смесей в

общем   достаточно   одинаков,   несмотря   на   существенные   различия   физических   свойств

разных нефтей. Большая их часть состоит на 82-87 вес. % из углерода и 11-15 вес.% из

водорода.

3.   Нефти,   газы   и   другие   нафтиды   распространены   в   очень   широком

стратиграфическом   диапазоне  -  от   докембрия   до   плейстоцена   включительно,   хотя   и   в

докембрийских,   и   в   плейстоценовых   породах   находки   нафтидов   в   общем   редки   и   их

можно   считать   аномальными.   Тем   не   менее   в   докембрийских   породах   обнаружен

органический углерод, генетически связанный с нефтью или нефтеподобными веществами

[4].   В   некоторых   нефтеносных   горизонтах   ордовика   и   карбона   в   конгломератах

встречается   нефтенасыщенная   галька,   включенная   в   общую   массу   ненефтеносных

вмещающих   пород.   Выветрелые   нефтеносные   отложения,   залегающие   несогласно   под

пенсильванскими   породами   в   Оклахоме,   во   всяком   случае,   моложе   пенсильванского

времени.   Асфальтовые   песчаники   и   грэемиты   в   зоне   несогласия   в   ордовикских

отложениях месторождения Люсьен в Оклахоме сформировались, видимо, в ордовикское

время [5]. [Эти и другие факты опровергают странное утверждение В.Б. Порфирьева, что

образование нефтеносных пород (и вообще залежей) произошло лишь в неогене.] Все это

свидетельствует о том, что нефть способна сохраняться, несмотря на ряд неблагоприятных

условий, существующих в течение длительного геологического времени [6].

4.   До   появления   метода   хроматографии   и   других   аналогичных   методов

исследования   в глинистых   и  карбонатных   породах,  составляющих  значительную   часть

осадочной   оболочки,   не   удавалось   обнаружить   растворимые   (в   органических

растворителях) жидкие нефтяные УВ. Было установлено, что нерастворимое органическое

вещество распространено в осадочных отложениях почти повсеместно, но растворимые

нефтяные   углеводороды   найдены   не   были.   Современная   методика   исследований

позволила выявить и растворимые УВ [7], содержание которых достигает 50 баррелей или

более на 1  акрфут  (65  м³/га-м), но обычно менее 10  баррель/акрфут  (13  м³/³га-м). [По

данным Н.Б. Вассоевича, кларковое содержание УВ в породах континентального сектора

стратисферы составляет около 3 м³/га-м.] Многие углеводороды найдены также в живых

организмах.

5. Температура в продуктивных пластах редко превышает 225°F (~400°С), однако в

глубоко погруженных залежах в отдельных случаях температуры поднимаются до 300°F

(141°C). В некоторых неглубоких залежах пластовые температуры иногда очень невысоки

и даже близки к поверхностным. Присутствие в нефтях порфиринов свидетельствует о

том. что температура в этих нефтях никогда не превышала 392°F (200°С). поскольку при

такой   температуре   порфирины   разрушаются.   Иными   словами,   этот   факт   служит

аргументом   в   пользу   предположения   о   низкотемпературных   условиях

нефтегазообразования.

6.   Нефтеобразование   происходит   в   анаэробной   и   восстановительной   среде.

Наличие   порфиринов   указывает   на   то,   что   анаэробные   условия   воз-никавзт   на   самых

ранних этапах образования нефти, так как порфирины. будучи производными хлорофилла,

быстро   и   легко   окисляются   и   в   аэробной   среде   долго   существовать   не   могут.   О

восстановительной обстановка нефтеобразования свидетельствует и низкое содержание в

нефтях и газах кислорода, обычно не более 2 вес. %.

7.  

Колебания давления и температуры в нефтеносных пластах могут быть очень

существенными   в   зависимости   от   масштабов   эрозии,   степени   дислоцированности,

амплитуды вертикальных тектонических движений разного знака. В известных залежах

величина пластового давления колеблется от атмосферного до 8-10 тыс.  фунт./кв.дюйм

(550-700  атм),   температуры   -   от   близкой   к   поверхностной   до   250°F   (120°С).   Однако

физические  свойства  нефтей,  несмотря  на  столь резкие  изменения  пластовых условий,

остаются постоянными. В то же время химический состав их может существенно  раз-

личаться   в   зависимости   как   от   условия   образования,   так   и   от   глубины   последующего

погружения [8].

8. 

Анализ геологической истории нефтяных залежей позволяет говорить о том, что

в одних случаях не наблюдается никаких следов латеральной или вертикальной миграции,

тогда как в других случаях наличие таких миграций не вызывает сомнений. Но каких-либо

определенных   различий   между   нефтями,   которые   можно   считать   мигрировавшими   и

образовавшимися на месте своего залегания, не обнаруживается. Следовательно, каждая

обоснованная   теория   происхождения   нефти   должна   быть   независимой   от   явлений,

вызванных миграцией. [Заключение более чем спорное.]

9. 

Время, необходимое для образования нефти и газа и их концентрации в залежах,

составляет,   по-видимому,   менее   1   млн.   лет.   Наиболее   высокая   величина   отношения

количества   нефтяных   залежей   к   общему   объему   пород   характерна   для   плиоцена,

закончившегося примерно 1 млн. (?) лет назад [9]. Промышленная нефть обнаружена в

самых   молодых   отложениях   позднего   плиоцена   и   даже   плейстоцена,   например   на

месторояадении Кирикире в восточной Венесуэле. Залежи нефти выявлены в бакинском

[постплиоцен] и апшеронском [верхний плиоцен] ярусах в Азербайджане и Туркмении,

СССР. Из плио-плейстоценовых отложений добывается нефть также на месторождении

Саммерленд в Калифорнии. В плейстоценовые отложения нефть могла попасть из более

древних   пород,   но   в   равной   степени   могла   образоваться   и   в   морских   аналогах   самих

плиоценовых отложений, и в этом случае она свидетельствует о минимальном времени,

необходимом   для   ее   образования   и   аккумуляции   в   крупные   залежи.   Однако   время,

необходимое   для   образования   отдельных   УВ,   может   быть   и   значительно   меньше

указанного. В современных осадках Мексиканского залива на глубине 3-103  фута  (0,9-

31 м) обнаружены заметные количества парафиновых, нафтеновых и ароматических УВ -

от 9-10

-4

 % до 1,17 % от сухого веса осадка [10]. Определение возраста этих углеводородов

по изотопу С14 показало, что они образовались примерно 11 800-14 600 ± 1400 лет назад,

как и исходное органическое вещество (ОВ) и вмещающие его осадки.

На   месторождении   Педерналес   в   восточной   Венесуэле   6-метровый   пласт   песка,

заключенный   в   60-метровой   глинистой   толще   формации   Пария,   характеризуется   высокой

концентрацией УВ - здесь она примерно в четыре раза  выше, чем во вмещающих глинах или

песках,   обнажающихся   на   поверхности   [11].   Определение   возраста   по   С

14

  указывает   на

образование формации Пария в целом менее чем 10 тыс. лет назад, а названного пласта песка   -

около 5 тыс. лет. Среднее содержание УВ в песке составляет примерно 150 ч. на млн. (0,015%).

Вычитая среднее содержание УВ в формаппп Пария, равное 25 ч. на млн. (0,0025%), получим

количество УВ, аккумулировавшееся в песке после его отложения, т.е. 125 ч. на млн. (0,0125%) от

его веса. Это составляет примерно 0,025 ч. на млн. (0,025×10

-4

%) в год, а за миллион лет в этом

песке сможет накопиться около 500 баррель/акр.фут и образуется богатое месторождение.

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.

Органическое происхождение нефти и газа

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 [CH

2

(NH

2

)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 (H

2

S) и кварца (SiО

2

). 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 (С

20

Н

45

ОН) [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 (C

32

H

36

N

4

  и C

32

H

35

N

4

СOOH),  выделенные из хлорофилла, встречаются

значительно чаще, чем животные порфирины (C

32

H

38

N

4

 и C

32

H

36

N

4

COOH), 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.

Современные теории органического происхождения нефти и газа

Скачок, который произошел в настоящее время в понимании условий образования

нефти и газа, связан с открытием широкого распространения во многих живых организмах

нефтяных УВ, которые, будучи захоронены в осадках, практически не изменяются. С этим

открытием связаны имена многих исследователей, работы которых перечислены в конце

данной главы [24]. [Доля УВ, непосредственно унаследованных от живого вещества (т.е.

био-УВ), значительно меньше, чем это можно себе представить, судя по высказыванию

Леворсена. Почти вся масса низкокипящих УВ, составляющих бензиновую и керосиновую

фракции нефти, образуется в результате мягкого термолиза и (или) термокатализа из более

высокомолекулярных соединений, в частности из био-УВ, из соединений, которые можно

называть предшественниками УВ (пред-УВ), например из жирных кислот, аминокислот,

некоторых спиртов и др.

Нефть, как таковая, образуется не на стадии диагенеза, а значительно позже, на

стадии   катагенеза,   в   условиях   повышенной   температуры   (90±25°С)   и   длительного

геологического   времени,   в  какой-то  мере  компенсирующего  высокую  температуру.   По

существу   нефть   образуется   не   столько   биогенным,   сколько   абиогенным   путем,   но   из

биогенного   органического   вещества.   Если   учесть   это,   а   также   двусмысленность   слова

«органический»,   то   лучше   говорить   не   об   органическом   происхождении   нефти,   а   об

осадочно-миграционном. ]

Почти   все   глинистые   и   карбонатные   породы   содержат   рассеянное   ОВ   трех

основных видов: растворимые жидкие УВ, растворимые асфальтово-смолистые вещества

и нерастворимый кероген¹. Количество растворимых IB изменяется от 1 до 50

¹

Американские, а вслед за ними и некоторые советские авторы неправильно ограничивают

понятие кероген лишь нерастворимыми в органических растворителях компонентами ОВ осадков
и пород. Термин «кероген» (по-древнегречески 

-

 «рождающий вое: был введен в употребление в

1912   г.   английским   автором   проф.   А.   Грам-Брауном   для   ОВ   шотландских   горючих   сланцев.
Следует   учитывать,   что   дебитуминизация   ОВ   производится   разными   исследователями
различными органическими растворителями и нередко не одним, а двумя (последовательно). Это
обусловливает неопределенность понятия о нерастворимом ОВ (или «керогене», в новой трактовке
американских авторов).

У нас, к сожалению, часто дебитуминированное ОВ именуют «остаточным», что также

неправильно.   Остаточным   в   понимании   геолога   и   геохимика   является   то   ОВ   (или   его
компоненты), которое осталось в породе после каких-либо естественных процессов (а не реакций в
лабораториях)   -   термолиза,   окисления,   эмиграции   наиболее   подвижных   компонентов   и   т.д.  

-

Прим. ред.

баррель/акрфут. Это то количество УВ, которое осталось в породе после удаления их в

процессе   диа-  и  катагенеза.  Крайне   важным  является  вывод  Ханта  [24]  о том,  что,  за

исключением   некоторых   красноцветных   глин,   песчаников   и   метаморфизованных

отложений, все остальные породы-неколлекторы содержат нефтяные УВ.

Кроме растворимых нефтяных УВ, в органическом веществе содержится большое

количество  нерастворимых  производных   УВ  с  гетероэлементами  (insoluble   hydrocarbon

compounds)   и   сложных   органических   соединений,   часть   которых   также   может   быть

трансформирована   в   нефтяные   УВ   благодаря   воздействию   тепла,   давления,

каталитических процессов или деятельности бактерий.

Сложные нерастворимые ОВ представлены керогеном - пиробитумом. В настоящее

время   известно   два   типа   керогена:   угольный   и   нефтяной.   Кероген   угольного   типа   не

образует   нефти,   а   участвует   в   формировании   лигнита   и   газовых   углей   (cannel   coal).

Трансформация керогена нефтяного типа приводит к образованию нефти. Органическое

вещество   этого   типа   обычно   бывает   олеофильно,   и   нефтяные   УВ   находятся   под   его

защитой.

Одни и те же УВ обнаружены и в породах-неколлекторах [в составе микронефти] и

в живых организмах.  Большая часть живых организмов содержит  углеводороды [25] и

гетеросоединения,   жирные   кислоты,   терпе-ноиды   и   стероиды,   захороняющиеся

впоследствии в осадках почти без изменений. Этот непосредственный источник нефтяных

УВ в изобилии распространен в осадочных отложениях во всех районах земного шара.

Условия миграции УВ и аккумуляции их в залежах в виде нефти и газа рассматриваются в

 

 

 

 

 

 

 

содержание   ..  59  60  61  62   ..