| Головна » Статті » Хімія | [ Додати статтю ] |
Походження нафти і газу
|
Основними труднощами, що стоять перед дослідниками питання про походження "природної нафти", розуміючи під цією назвою широкий комплекс газоподібних, рідких і твердих вуглеводних сполук, є явно вторинний характер залягання нафтових бітумів і відсутність у самій нафті залишків вихідної органічної тканини. Позбавлений прямих і переконливих фактів, що належать безпосередньо до досліджуваного об'єкта, дослідник змушений оперувати непрямими міркуваннями і фактами, що допускають різне тлумачення. У зв'язку з цим немає єдності думок навіть у такому кардинальному питанні, як питання про органічне чи неорганічне походження нафти. Більшість геологів підтримують думку про утворення нафти з залишків живої матерії, але переконання це аж ніяк не може вважатися науково аргументованим і безперечним. На захист концепції неорганічного походження нафти також можна привести вагомі міркування як геологічного, так і хімічного порядку. Проблема походження нафти і формування її родовищ має велике практичне значення, тому що її вирішення дозволить обґрунтовано підходити до пошуку і розвідки нафтових родовищ і оцінюванню їх запасів, однак і зараз серед геологів і хіміків є прихильники як теорії неорганічного, так і теорії органічного походження нафти. Гіпотези неорганічного походження 1. Космічна гіпотеза Соколова (1892 р.) "Земна" нафта є продуктом перетворення первинних вуглеводнів космосу, що потрапили на Землю разом з іншими формами космічної матерії в епоху формування Землі й інших планет Сонячної системи. 2. Карбідна теорія Менделєєва (1877 р.). При дії води на деякі карбіди металів утворюються вуглеводні. Процес протікав при проникненні води по тріщинах на великі глибини, там утворювалися вуглеводні, що випаровувалися й підіймалися в холодну оболонку Землі. Можливість протікання хімічних реакцій, що приводять до утворення суміші вуглеводнів, експериментально підтвердив Д.И.Менделєєв і ніким не спростовується. Однак ця гіпотеза не пояснює причини різноманіття складу нафт, що зустрічаються в різних і навіть у тому самому родовищі . Висловлювалися заперечення проти мінеральних гіпотез і в зв'язку з тим, що майже усі нафти здатні обертати площину поляризації світла, а ця властивість властива лише речовинам органічного походження. Геологи заперечували можливість присутності карбідів металів у надрах Землі на глибинах менше 70 км, де температура досягає 2000 °С, однак туди не може проникнути вода. Мінеральні гіпотези не дають відповіді на питання - чому нафту завжди виявляють в осадових породах, що містять залишки живих організмів (1951 р.). 3. Магматична гіпотеза Кудрявцева, за якою нафта утворюється в магмі в невеликих кількостях, а потім піднімається нагору по тріщинах і розломах, заповнюючи пористі піщаники. 4. Останнім часом в Інституті геологічних наук НАН України вченими під керівництвом академіка НАН України І.І. Чабаненка запропонована нова, осадово-неорганічна, гіпотеза формування нафтових і газових родовищ. Вона побудована на основі теоретичних уявлень про нафту як продукт синтезу водню і вуглецю в приповерхневих ділянках Землі. Згідно з цією гіпотезою нафтові вуглеводні формуються у верхніх ділянках Земної кори, де глибинний водень взаємодіє із седиментогенним вуглецем. Ця гіпотеза дає відповідь на питання, чому абсолютна більшість нафтових і газових родовищ світу розташована в місцях великих відкладів осадових порід. По-перше, саме в цих місцях, у цих геоструктурах зосереджені великі маси вуглецю, а по-друге саме в ці геологічні регіони за законом глибинних розломів надходить найбільша кількість водню. Перевага осадово-неорганічної гіпотези перед магматично-неорганічною у тому, що в ній використовується тільки водень, тоді як механізм магматичної теорії працює тільки за умови надходження з надр Землі вже готових нафтових продуктів. Гіпотеза осадово-неорганічного утворення нафти має значно більшу ресурсну базу, ніж органічна. За підрахунками на підставі органічної гіпотези нафти вистачить тільки на 100 років, а передбачувана гіпотеза виключає "нафтовий голод". Гіпотеза органічного осадово-міграційного походження нафти Ідея органічного походження нафти вперше була викладена Ломоносовим (1763 р.). Відомий ряд гіпотез органічного походження нафти,які по-різному трактують склад вихідного матеріалу, умови і форму його нагромадження і поховання, баланс процесу, умови і фактори перетворення в нафту, фактори і види її міграції. Всі вони базуються на тезах про органічний характер вихідного матеріалу, генетичного зв'язку його нагромадження і перетворення з осадовими породами, сприятливою фаціальною обстановкою і перетворенням у нафту похованого матеріалу в осадовій оболонці Землі. У зв'язку з цим Вассоєвич назвав гіпотезу про походження нафти органічною осадово-міграційною.Джерелом утворення нафти, за цією гіпотезою, є органічні залишки переважно нижчих рослинних і тваринних організмів, що жили в товщі води (планктон) і на дні водойм (бентос). Розпад відмерлих організмів - одна зі стадій їхнього перетворення в нафту, причому ступінь участі різних хімічних компонентів відмерлих організмів неоднакова. Перетворення вуглеводів, що входять до складу відмерлих організмів, починається ще у водяному середовищі. Гумусо-лігнінові речовини, принесені річками в морські басейни, багатьма розглядаються як одне з джерел материнської субстанції для нафти, однак самі вони, знаходячись у вигляді гумінових кислот і окиснених елементів рослин безпосередньо не здатні бути джерелом нафтових вуглеводнів. Вони можуть утворювати комплексні сполуки з високомолекулярними алканами нормальної побудови та ізопреноїдними вуглеводнями й у такий спосіб бути переносниками їх з суші у водойми. Білки легко засвоюються бактеріями і можуть служити джерелами азотистих і сірчистих сполук нафт. Ліпіди за хімічним складом і молекулярною побудовою стоять близько до деяких вуглеводнів нафти. Розрізняють стадії: а) діагенетичну - анаеробно-бактеріальні процеси; б) катагенетичну - фізико-хімічні перетворення, обумовлені температурою і тиском у надрах. Процес утворення нафти протікав на глибині, при 100-200 °С, можливо термічно каталітично під впливом глин, що є природними алюмосилікатними каталізаторами і стимулюють реакції дегідратації спиртів та декарбоксилювання кислот у вуглеводні, ізомеризації і полімеризації алкенів, деструкції і перерозподілу (диспропорціонування) водню й ін.. Нафта являє собою поєднання двох груп сполук: з успадкованою структурою молекул вихідної органічної речовини і сполук, що утворилися в результаті глибоких перетворень. На сьогодні найбільше поширення одержала гіпотеза парагенезису горючих копалин, відповідно до якої шляхи перетворення органічних залишків обумовлюються материнською речовиною й умовами перетворення. Прийнято, що ОР гумусового ряду генерують переважно газ, у той час як ОР планктогенного (сапропелевого) типу генерують і нафту і газ, причому після того, як ОР планктогенного типу вичерпає свій нафтоматеринський потенціал (зона перетворення жирного і пісного вугілля), воно мало відрізняється за своїми властивостями від гумусового і при подальшому зануренні генерує газоподібні речовини. На стадії діагенезу ОР обох типів генерують багато біогенного метану. Звичайно цей метан розсіюється, але в умовах окраїнних шельфів, біля континентального рівня, на глибинах понад 250 м, у зоні низьких температур можуть утворюватися гідрати метану, здатні дати початок родовищам ПГ. Нерівномірність процесу катагенетичного перетворення ОР дозволила виділити головну фазу нафтоутворення як етапу максимальної реалізації нафтоматеринського потенціалу порід, що відповідає певному ступеню метаморфізму (градації літогенезу) порід (Д, Г, Ж). У зв'язку з тим, що газоутворення супроводжує всі етапи перетворення ОР неясно, чи існує головна зона газоутворення. Деякі дослідники вважають, що гумусова органіка має єдиний ранній максимум, що припадає на торф'яну, буровугільну і початок довгополуменевої стадії катагенезу, інші відносять зону максимального газоутворення до великих глибин, тобто до більш жорстких термобаричних умов, ніж при нафтоутворенні, а треті думають, що при перетворенні ОР гумусового типу виявляється два максимуми газоутворення. Розраховано масштаби газоутворення при катагенезі двох крайніх типів ОР - гумусового і сапропелевого й виявлені три фази збільшення виходу метану: 1) на стадії Б-Д - до 0,9 % від вихідної маси; 2) на стадії Ж-Т -- до 1,3-1,4 % від вихідної маси і 3) на стадії А1- А2 - до 0,9 % і два мінімуми метаноутворення: різкий посередині зони катагенезу Г і менш різкий у зоні Т. Доведено, що гумусова ОР генерує майже чистий метан, а сапропелеві - також його газоподібні і рідкі гомологи. З огляду на поширеність процесу газоутворення, можна вважати, що були б пастки, а гази завжди знайдуться. Такі пастки практично відсутні у вугленосних басейнах, але коли вугленосні відклади перекриті надійними покришками, то у випадку досягнення вугленосними відкладами головної зони газоутворення (Т-А) утворюються великі скупчення газу (Гронінсен, Слохтерен у Північноморському регіоні, родовища півночі Тюменської області тощо). Для збереження родовищ природного газу за інших однакових умов величезне значення має тривалість часу, що відокремлює етап його формування від наших днів, у зв'язку з чим, у древніх відкладеннях газові скупчення не збереглися - вуглеводні з них розсіялися внаслідок багатолітньої дифузії й ефузії, тобто геологічний час на збереженість газових скупчень впливає негативно.Утворення газу в процесі перетворення ОР відбувається безупинно у наслідок біохімічних, термолітичних, термокаталітичних і пірогідрогенізаційних процесів, кожний з який діє на різних рівнях у межах всієї осадової оболонки земної кори, у той час як нафта утворюється в чітко визначеному інтервалі, якому властива зміна порід і ОР довгополуменево-коксової стадії. Таким чином, нафту можна вважати лише бічним продуктом газоутворення й вуглефікації, більш строго обмеженим у своєму утворенні просторово й фізико-хімічно і потребуючим спеціальних умов стосовно первинної і вторинної міграцій. Однак, незважаючи на це, вагомі кількості нафти в скупченнях превалюють над газовими, що обумовлено наступними причинами: 1. швидкість утворення й міграції газу нерідко випереджає швидкість формування пасток і покришок, у результаті чого значні маси біохімічного і ранньотермокаталітичного газу розсіюються до появи пасток; 2. здатність газу створювати високі пластові тиски обмежує можливість скупчення газу в пастках під малопотужними шарами; 3. висока здатність газу розчинятися в нафті обмежує утворення вільних газів у нафтогазогенній зоні; 4. збільшення розчинності газу у воді з підвищенням температури ускладнює виділення його у вільну фазу на великих глибинах без значного збільшення мінералізації води чи насичення її невуглецевими газами; 5. висока дифузійна здатність газу обмежує можливість тривалої збереженості його родовищ. Виявлені на сьогодні запаси газу сконцентровані в основному в мезозойських (насамперед крейдових) відкладах. Роздільне формування великих зон газо- і нафтонакопичення обумовлено, насамперед, генетичними причинами, що відображають особливості генерації, міграції, консервації й акумуляції газоподібних і рідких вуглеводнів, що характеризують фундаментальні розходження в їхніх властивостях, характерних для газів і нафт і тому виявляються скрізь, де вони знаходяться. Саме розходження у вихідній органіці обумовлює те, що окремі літологічні комплекси в межах великих басейнів містять вуглеводневі флюїди переважно одного типу. Прикладом зон газонакопичення, що утворилися за рахунок перетворення ОР гумусового типу, є газоносні райони півночі Західного Сибіру. У мезозойських відкладах Перської затоки, що мають морське походження і містять ОР сапропелевого типу, знаходиться найбільша на Землі зона переважаючого нафтонакопичення. На підставі виявлених закономірностей зміни ОР у процесі катагенезу і генетичних зв'язків усіх видів горючих копалин (горючі сланці, вугілля, нафта, газ) прихильники органічної гіпотези припускають, що в природі відбувається єдиний процес вуглеутворення в широкому розумінні, в якому нафта і газ є побічними продуктами, а основна маса ОР перетворюється шляхом вуглефікації. ЛІТЕРАТУРA 1. Саранчук В.И., Айруни А.Т., Ковалев К.Е. Надмолекулярная организация, структура и свойства углей.- К.: Наукова думка. 2. Саранчук В.И., Бутузова Л.Ф., Минкова В.Н. Термохимическая деструкция бурых углей.- К.: Наукова думка, 1984. 3. Нестеренко Л.Л., Бирюков Ю.В., Лебедев В.А. Основы химии и физики горючих ископаемых.- К.: Вища шк., 1987.-359с. 4. Бухаркина Т.В., Дигуров Н.Г. Химия природных энергоносителей и углеродных материалов.-Москва, РХТУ им. Д.И. Менделеева,-1999.-195с. 5. Агроскин А. А., Глейбман В. Б. Теплофизика твердого топлива.-- М. Недра 1980.-- 256 с. 6. Глущенко И. М. Теоретические основы технологии твердых горючих ископаемых.-- К. : Вища шк. Головное изд-во, 1980.-- 255 с. 7. Еремин И. В., Лебедев В. В., Цикарев Д. А. Петрография и физические свойства углей. -- М. : Недра, 1980. -- 266 с. 8. Касаточкин В. И., Ларина Н. К. Строение и свойства природных углей.-- М : Недра, 1975.-- 159 с. 9. Раковский В. Е., Пигулееская Л. В. Химия и генезис торфа.--М. : Недра, 1978.--231 с. 10. Саранчук В. И. Окисление и самовозгорание угля.-- К. : Наук. думка, 1982.-- 166 с. 11. Стрептихеев А. А., Деревицкая В. А. Основы химии высокомолекулярных соединений.-- 3-е изд., перераб. и доп.-- М. : Химия, 1976.-- 436 с. | |
| Переглядів: 614 | |
| Всього коментарів: 0 | |