Нефть известна давно. Сотни и даже тысячи лет назад ее использовали для пропитки древесины кораблей и лодок, в качестве топлива для лампад и факелов. Но называли ее «смола» (анг. tar). Использовали битумные выходы нефти на поверхность.
Промышленную добычу нефти наш мир начал не так давно. И ученых, конечно же, интересовало происхождение этой субстанции. Ни тогда, ни сейчас не существовало однозначного мнения, как, когда и из чего произошла нефть. Например, в 1912 году Ганс Хёфер собрал в своей книге «Нефть и её родственники. Новый справочник по химической технологии» более 100 гипотез происхождения нефти.
На сегодня существует две модели происхождения этого углеводородного топлива. Модели биогенного и абиогенного происхождения. Т.е. нефть по одному предположению произошла из остатков живых организмов, по второму – из неорганических соединений путем синтеза.
В нефтяной отрасли и у геологоразведки главенствует модель биогенного происхождения. Это представление было принято еще в 1948-1949 годах в СССР на сессиях учёных советов нефтяных институтов. Тогда официально утвердили теорию органического происхождения нефти (теорию И.М.Губкина). На западе – тоже самое, главенствует биогенная теория происхождения.
Предлагаю ознакомиться с каждой моделью и посмотреть на их сильные и слабые стороны.
Биогенное происхождение нефти из живых организмов
Кратко модель звучит так:
При природном захоронении органического вещества живых организмов (в основном остатков зоопланктона и водорослей) сапропелевого типа в водно-осадочных отложениях происходит преобразование этих масс. В условиях древних тёплых морей, богатых питательными веществами, органическое вещество поступало на дно быстрее, чем могло разложиться. При погружении осадков на глубину 3-6 км с повышением температуры свыше +50 °Cорганическое вещество подвергается термическому и термокаталитическому распаду компонентов, при котором могут образовываться жидкие углеводороды, в том числе низкомолекулярные (C5-C15). Жидкие нефтяные углеводороды имеют повышенную подвижность и нефть может перемещаться из нефтематеринских пород по так называемым коллекторам, собираясь в ловушках.
Модель выглядит логичной, к тому же, известны древние накопления сапропелита в озерах. Эту накопившуюся органику добывают и производят из нее удобрения. Раствор сапропеля с водой по виду похож на нефть.
Есть даже версия, что эти накопления на дне древних водоемов превращались в месторождения бурого угля, либо в лигнит или в горючий сланец. Про это была статья здесь:
На уроках географии нам рассказывали, что нефть произошла из остатков динозавровой фауны. Оказывается, про это уже не говорят. А говорят про зоопланктон и водоросли.
В х/ф «Глубоководный горизонт», снятый по реальным событиям (авария на буровой платформе в Карибском море) был эпизод, когда главному герою его коллега подарил зуб динозавра, извлеченного из бурового раствора при его промывании. Это с 5 км глубины! Догмы внедряют и на таком житейском уровне.
Модель биогенного происхождения нефти имеет предсказательный фактор. Т.е. по ней по геологическим данным можно предсказывать, где и сколько нефти содержится в пластах. Нефтяников это устраивает.
Интересный факт в пользу этой модели:
В 2021 году в Чукотском море найден штамм планктонной водоросли Dicrateria rotunda, производящий нефть из воды и углекислого газа. Нефть нужна водоросли, чтобы держаться на поверхности воды, т.к. плотность нефти меньше плотности воды.
Но в модели биогенного происхождения нефти есть и слабые места. Например.
- Протокатагенез - опускание пласта органических остатков на глубины до 1,5-2 кми глубже при медленном подъёме температуры и давления. И далее
- Мезокатагенез (главная фаза нефтеобразования) - опускание пласта органических остатков на глубину до 3-4 км при подъёме температуры до +150°C.
При этом органические вещества подвергаются термокаталитическому воздействию, в результате чего образуются битуминозные вещества.
- Апокатагенез керогена (главная фаза газообразования) - опускание пласта органических остатков на глубину более 4,5 км при подъёме температуры до +180-250 °C. При этом из органики выходит метан. На эти процессы уходит от 50 до 350 млн лет.
Что за механизм опускания пласта без его деформации, трещинообразования, дробления? Если это за счет накопления осадочных слоев, то как объяснить наличие сверхглубокой нефти на глубинах в 5 км? Например, такую сверхглубокую нефть добывают в Мексиканском заливе.
Объем добываемой и разведанной нефти колоссален. Он не сопоставим с остатками живых организмов в водоемах. В любом случае, подсчетов и сопоставлений объема добытой и разведанной нефти с требуемым объемом биологических остатков в древних водоемах никто не делал. И еще получается, что эта органика в древние эпохи не перегнивала, не было микроорганизмов, кто ей питался. Что странно.
Абиогенная модель происхождения нефти
Эта версия не является признанной в геологии и в геологоразведке. Хотя, основы в эту модель давно положили именитые ученые: Д.И.Менделеева, французский химик Пьера Бертло, а затем идеи развивались в работах геолога Святослава Иванова, Ю.Н.Фёдорова, Л.А.Петрова и Владимира Порфирьева. Т.е. этой теории не один десяток лет.
Кратко смысл теории звучит так:
Углеводороды образуются в мантийных очагах в процессе неорганического синтеза на сверхбольших глубинах в условиях огромных давлений и высоких температур из неорганического углерода и водорода.
Это может происходить только на большой глубине. Метан не полимеризуется в тяжёлые углеводороды при низких давлениях и температурах. Т.е. по этой модели нефть образуется на глубинах в десятки и даже в сотни километров.
Для синтеза углеводородных соединений, схожих по составу с природной нефтью, необходима температура 700-1800 К и давление 15-80 кбар. Такие условия существуют только в верхней мантии Земли на глубинах от 50 до 240 км.
Исследования в лабораториях показали, что при высоких температурах и давлениях, схожих с условиями в верхней мантии Земли, возможно образование смеси тяжёлых углеводородов, состав которой повторяет природную нефть. При этом, объём синтезируемых углеводородов увеличивается с ростом давления.
В результате образовавшихся в мантии в процессе геологических процессов глубоких трещин, углеводороды проникают в верхние слои земной коры, где формируют запасы нефти и газа.
Эта модель объясняет множество обнаруженных сверхглубоких месторождений нефти. В частности в Мексиканском заливе (на глубинах от 7830 мдо 10690 м). Другое месторождение (Кариока Шугар Лоуф) на бразильском шельфе Атлантики имеет глубину залегания горизонтов нефти ниже 5500 м. А оцененные извлекаемые запасы нефти там составляют в 5,7 млрд тонн при общих запасах месторождения в 11 млрд тонн.
При развитии технологий нефтяники смогут добраться и до сверхглубокой нефти. Просто геологи еще не исследовали пласты ниже порога извлечения.
В защиту этой теории можно вспомнить факты наполнения нефтью месторождений, которые были выработаны, а скважины законсервированы. Такое случалось на Кавказе. По всей видимости, нефть поднималась с глубины под давлением и медленно наполняла образовавшиеся пустоты.
Но углеводороды могут быть не единственным синтезируемым горючим веществом в недрах земли.Существует еще одна интересная гипотеза.
Наш соотечественник, Дмитрий Тимофеев (имеет 40 научных работ и автор 137 гипотез) предложил концепцию «силановой» и «нитронефти», согласно которой в глубинах Земли образуется подвижное вещество, основа которого - смесь различных соединений кремния и азота с водородом, силанов и нитридов. Они могут конденсироваться в залежи, которые при подъеме к поверхности окисляются. Образуются минералы и горные породы. Они же являются главной причиной извержения вулканов.
Подробнее про эту модель была статья здесь:
Эта гипотеза других форм нефти вообще никак не развивается официальной наукой. Химия знает про эти соединения (кремневодороды, в частности). Но то, что они могут синтезироваться в недрах – даже не предполагается.