Екологія та походження нафти

Екологія та походження нефті.doc

До неорганічних теоріям походження нафти відносяться мінеральна, або карбідна (Д. І. Менделєєв, 1877), космічна (В. Д. Соколов, 1889), вулканічна (Ю. Кост, 1905). Загальна для цих і менш поширених неорганічних теорій - синтез вуглеводнів шляхом взаємодії карбідів металів з водою і кислотами (ідея Менделєєва), а також за схемою Фішера-Тропша з водню і оксидів вуглецю.

2.1. Сучасна биогенная теорія

Переконливі докази біогенної природи нафто-материнського речовини були отримані в результаті детального вивчення еволюції молекулярного складу вуглеводнів і їх біохімічних попередників (прогениторов) у вихідних організмах, в органічній речовині опадів і порід і в різних нафтах з покладів. Важливим стало виявлення в складі нафти хемофоссілій - вельми своєрідних, часто складно побудованих молекулярних структур явно біогенної природи, тобто успадкованих (цілком або у вигляді фрагментів) від органічної речовини. Вивчення розподілу стабільних ізотопів вуглецю (12 C, 13 C) в нафти, органічній речовині порід і в організмах (А. П. Виноградов, Е. М. Галімов) також підтвердило неправомочність неорганічних гіпотез.

Було встановлено, що нафта - результат літогенезу. Вона являє собою рідку (у своїй основі) гидрофобную фазу продуктів фоссилизации (поховання) органічної речовини (керогена) в водно-осадових відкладеннях.

Нефтеобразованіе - стадійний, вельми тривалий (зазвичай багато млн. Років) процес, що починається ще в живу речовину. Виділяється ряд стадій:

Осадконакопление - під час якого залишки живих організмів випадають на дно водних басейнів;
біохімічна - процеси ущільнення, зневоднення і біохімічні процеси в умовах обмеженого доступу кисню;
протокатагенез - опускання пласта органічних залишків на глибину до 1,5 - 2 км, при повільному підйомі температури і тиску;
мезокатагенез або головна фаза нефтеобразования (ГФН) - опускання пласта органічних залишків на глибину до 3 - 4 км, при підйомі температури до 150 ° C. При цьому органічні речовини піддаються термокаталитической деструкції, в результаті чого утворюються бітумінозні речовини, що становлять основну масу микронефтью. Далі відбувається отгонка нафти за рахунок перепаду тиску і еміграційний винос микронефтью в піщані пласти-колектори, а по ним в пастки;
апокатагенез керогена або головна фаза газоутворення (ГФГ) - опускання пласта органічних залишків на глибину понад 4,5 км, при підйомі температури до 180-250 ° C. При цьому органічна речовина втрачає нефтегенерірующій потенціал і реалізовує метаногенерірующій потенціал.
І.М.Губкін виділяв також стадію руйнування нафтових местозарожденій.

2.2. Карбідна теорія походження нафти

Всі гіпотези мінерального походження нафти об'єднує ідея синтезу вуглеводнів, кисневого, сіро і азотовмісних компонентів нафти з простих вихідних речовин - C, H2, CO, CO2, CH4, H2O і радикалів при високих температурах і взаємодії продуктів синтезу з мінеральною частиною глибинних порід.

Д. І. Менделєєв, дотримувався до 1867 року уявлень про органічне походження нафти, в 1877 році сформулював відому гіпотезу її мінерального походження, згідно з якою нафта утворюється на великих глибинах при високій температурі внаслідок взаємодії води з карбідами металів.

Д. І. Менделєєв вважав, що основою процесу освіти вуглеводнів є взаємодія карбідів глибинних металів з водою, яка проникає по тріщинах з поверхні на велику глибину. Схема процесу представлялася наступним чином:

або в загальному вигляді:

Утворилися в газоподібному стані вуглеводні, на думку Д. І. Менделєєва, піднімалися потім у верхню холодну частину земної кори, де вони конденсованих і накопичувалися в пористих осадових породах. Карбіди металів в той час в глибинних породах ще не були відомі. В даний час припущення Д. І. Менделєєва підтвердилося, в глибинних породах знайдені карбіди ряду елементів (FeC, TiC, Cr2 C3. WC, SiC). Але великих скупчень вони не утворюють; це найдрібніші (частки міліметра) рідко зустрічаються і розсіяні в породах мінеральні виділення. Тому процес утворення вуглеводнів у величезних кількостях, які відомі в природі, з цих позицій пояснити дуже важко.

2.3. Інші абіотичні теорії походження нафти

У 1889 В. Д. Соколов виклав гіпотезу космічного походження нафти. За цією гіпотезою вихідним матеріалом для виникнення нафти служили вуглеводні. містилися в газовій оболонці Землі ще під час її зоряного стану. У міру остигання Землі вуглеводні поглинулися розплавленої магмою. Потім, з формуванням земної кори, вуглеводні проникли в осадові породи в газоподібному стані, конденсованих і утворили нафту.

Ю. Кост і Е. Штеберг запропонували вулканічний варіант гіпотези освіти нафти, за яким УВ утворюються в магмі і потім піднімаються по розломах в верхні горизонти земної кори.

У 30-х роках ХХ століття ці гіпотези зазнали значної критики з боку академіка І.М. Губкіна - основоположника теорії органічного походження нафти. Однак він допускав, що «невеликі, що не мають практичного значення скупчення нафти могли мати і неорганічне походження, виникаючи в результаті невеликих виділень її з магми».

В середині ХХ століття були отримані переконливі геологічні та геохімічні докази органічного походження нафти, які добре пояснювали формування переважної більшості нафтових родовищ Землі. Однак, до цього ж часу були отримані дані про досить широкому присутності в оболонках ряду планет і в газових хмарах міжзоряного середовища різних вуглецевих сполук, в тому числі і вуглеводнів, а також дані про наявність в метеоритах амінокислот, УВ, порфіринів та інших органічних сполук. На цій підставі вУкаіни і за кордоном знову стали розвиватися варіанти гіпотез космічного (Н.А. Кудрявцев, В. Б. Порфирьев, Ф. Хойль) і магматичного (П.Н. Кропоткін) синтезу УВ.

В.Б. Порфирьев (1967) припустив, що нафта, яка перебуває в підкорових зонах утворилася одночасно з іншими мінеральними речовинами, що увійшли до складу Землі. З підкорових зон вона надходить по глибинних розломів в осадочную оболонку Землі (стратісферу) і при наявності пасток утворює поклади.

Н.А. Кудрявцев (1973) також пов'язав формування покладів нафти і газу з розломами, а освіту УВ бачив як результат взаємодії радикалів СН (Метін), СН2 (метилена), СН3 (метилу), які виділяються з мантії Землі в певній послідовності, залежно від термобарических умов. У верхніх зонах літосфери, де температура знижується, починає виділятися вже метан. Вуглеводневі радикали легко вступають в реакції полімеризації і утворюють різні вуглеводні в верхніх частинах земної кори. За його припущенням Земля утворилася з космічного пилової хмари, яке містило УВ. Під дією температур в декілька тисяч градусів в глибинних зонах Землі вони розпалися на УВ радикали і водень.

П.Н. Кропоткін (1985) вважав, що УВ надходять в осадочную оболонку в результаті дегазації мантії. Частина земної кори, що лежить нижче зони гіпергенезу (оксісфери) спільно з верхньою мантією до глибини 150 км, звана редуктосферой, характеризується відновними умовами і містить багато водню, метану та інших УВ, а також парів води, окису вуглецю, сірководню, азоту і гелію. Дегазація мантії шляхом прориву цих газів по розломах в страт-сферу є по П.Н. Кропоткіну причиною утворення скупчень газу, газоконденсату і нафти.

На більших масштабів виділення глибинних ювенільних газів - азоту, метану і гелію звернув увагу ще В.І. Вернадський, образно назвавши цей процес «диханням Землі». На цій підставі американський дослідник Т. Голд висунув ідею, яка б пов'язала метанову дегазацію мантії і земної кори з сейсмічною активністю Землі. Землетруси збуджують дегазацію і створюють шляху міграції для газів. За його припущенням на глибинах до 15 км осадові і кристалічні породи містять УВ і, перш за все, метан мантійного походження в такій кількості, що їх досить для забезпечення населення Землі протягом тисячоліть.

Уявлення про неорганічний синтезі УВ розвивали в другій половині ХХ століття багато учениеУкаіни і України: Г.Є. Бойко, К. М. Волоссовіч, І.В. Грінберг, Г.Н. Доленко, Л.Н. Капченко, В.В. Колодій, А.І. Кравцов, В.Ф. Линец-кий, І.А. Петерсілье, Ю.Ф. Степаник, Е.Б. Чекалюк та інші. При цьому були по-лучени лабораторні дані про те, що метан може полимеризоваться в важкі УВ при каталітичному впливі силікатів, оксидів заліза і нікелю, які містяться в гірських породах. Ці ж дані показали, що синтез УВ можливий з оксиду і діоксиду вуглецю і водню в різних умовах в присутності порід каталізаторів за таких реакцій:

Основні факти, які підтверджують можливість неорганічного синтезу УВ на думку прихильників цієї концепції такі (по Н.С. безкровно):

1. Наявність органічних сполук, в тому числі УВ і оптично активних речовин в космічної матерії.

2. Результати термодинамічних досліджень, які вказують на можли-ність існування метану в умовах мантії Землі при температурах до 1300-1500 і низькою летючості кисню.

3. Наявність вуглецевих з'єднань, а також водню, оксиду вуглецю, спиртів, метану і деяких, більш складних УВ в продуктах магматизму мантійного походження, продуктах диференціації та гарячої дегазації мантії, а також в гідротермальних системах сучасного і древнього вулканізму.