Вопрос происхождения нефти до сих пор остается предметом научных дискуссий. Существует несколько теорий, которые объясняют образование углеводородов. Подавляющее большинство ученых и нефтяных компаний мира опираются на органическую теорию происхождения нефти для поиска новых месторождений. Она является фундаментальной и общепринятой в современной геологии и нефтяной науке.
Среди сторонников данной теории - М. В. Ломоносов, выдвинувший идею биогенного происхождения нефти еще в 1733 году, К. Энглер, доказавший возможность получения углеводородов из органических материалов, и И. М. Губкин, чьи труды легли в основу официального признания органической теории в СССР в 1948–1949 годах.
Давайте разберем ее суть более структурированно.
Первый этап. Процветающая жизнь в древних морях
Согласно органической (биогенной) гипотезе, нефть образовалась из погибших организмов и растений, которые в течение миллионов лет осаждались на дне морей, опускались под землю и покрывались слоями новых осадочных пород. Исходным материалом для формирования «черного золота» выступали представители низшей растительности:
Фитопланктон. Эти одноклеточные водоросли были главными «производителями» органики. Обитающие в верхних слоях водоемов, они поглощали солнечную энергию и углекислый газ, создавая биомассу. Их цикл жизни был стремителен: они процветали, размножались и умирали в огромных количествах.
Зоопланктон: Мелкие ракообразные и другие животные, питавшиеся фитопланктоном, также вносили свой вклад в органическое вещество.
Бактерии и прочая морская фауна: Остатки более крупных организмов, хотя их вклад был меньшим, также смешивались с этим органическим «бульоном».
Когда эти организмы умирали, их остатки медленно опускались на дно. Формирование происходило в условиях острого дефицита или полного отсутствия кислорода. В обычных условиях они просто окислились бы и полностью разложились бактериями, не оставив после себя ни следа. В бескислородной же среде процесс разложения резко замедлялся, и органическое вещество накапливалось, смешиваясь с минеральными осадками – илом и глиной, формируя будущие нефтематеринские породы.
Второй этап. Погребение и преобразование
С течением миллионов лет морское дно с его слоем органического ила опускалось, погребаясь под все новыми и новыми пластами осадочных пород – песка, глины, известняка. Данный процесс называется седиментацией. Давление и температура неуклонно росли по мере увеличения глубины захоронения.
Здесь начинается главное - процесс нефтеобразования или катагенез.
Стадия диагенеза: На относительно небольших глубинах (сотни метров) и при умеренных температурах (до 50°C) бактерии, способные жить без кислорода, начинают перерабатывать органическое вещество, попавшее в осадок. Этот этап больше связан с образованием метана (болотного газа). Основная же масса органического вещества превращается в нерастворимое сложное вещество - кероген. Кероген - это промежуточное звено в формировании углеводородов («прото-нефть»).
Главная фаза нефтеобразования: При погружении на глубины 2-4 километра и повышении температуры до 60-150°C начинается главный этап. Под действием геотермального тепла длинные и сложные молекулы керогена начинают буквально «раскалываться» на более мелкие и простые - углеводороды. Этот процесс, похожий на перегонку без доступа воздуха, называется термическим крекингом. Процесс протекает крайне медленно, на него требуются миллионы лет. За время нагрева в гигантском природном «автоклаве» (сочетание температуры, давления и времени) кероген начинает медленно превращаться в углеводороды - то, что мы называем нефтью и газом.
Важно отметить, что «нефтяное окно» - это строгий диапазон температур. Если пласт погрузится слишком глубоко и температура превысит 150-200°C, нефть начнет разрушаться, превращаясь в сухой газ (метан) и затем в графит. Вот почему не всякая осадочная толща рождает нефть - нужны идеальные термобарические условия.
Третий этап. Миграция и аккумуляция
Образовавшаяся нефть первоначально рассеяна в мельчайших порах материнской глинистой породы, которая плотна и непроницаема. Чтобы сформировать месторождение, нефть должна найти путь наружу. Этот процесс называется миграцией.
Под давлением вышележащих пород нефть, как и вода, стремится переместиться в зону с меньшим давлением. Она начинает медленно, капля за каплей, просачиваться через микротрещины в породе или перемещаться в более проницаемые пласты, например, песчаники или известняки. Движущей силой является также разница в плотности: нефть и газ легче воды, поэтому они стремятся вверх, всплывая через поры и трещины.
Миграция продолжается до тех пор, пока путь углеводородам не преградит непроницаемый барьер – пласт-покрышка. Чаще всего это плотные глины или соляные толщи. Упершись в такую «крышку», нефть и газ накапливаются в подходящей ловушке – пористой породе-коллекторе, образуя скопление, которое и называется месторождением.
Именно в таких ловушках, после многомиллионного путешествия, нефть находит временное пристанище, где и ждет своего часа, чтобы быть обнаруженной человеком.
Процесс образования нефти, от первичного накопления органики до появления промышленных залежей, занимает от 50 до 350 миллионов лет. Именно эта колоссальная длительность объясняет, почему нефть относят к невозобновляемым ресурсам. Природа тратит миллионы лет на создание того, что человечество потребляет за десятилетия.