Проблема нефти: третий путь

Долгое время теоретическое обоснование происхождения нефти и газа имело две диаметрально противоположные гипотезы: биогенную и абиогенную.

Согласно биогенной концепции, нефть образовалась из останков растительных и животных организмов (морской и сухопутной биоты) в пластах осадочных чехлов различных эпох за десятки и сотни миллионов лет.

Абиогенная теория, наоборот, утверждает, что нефть значительно моложе, что создавалась она в недрах подлитосферного пространства Земли из существующего там набора неорганических веществ при высоких температурах и давлениях, по трещинам глубинных разломов поднималась на поверхность и скапливалась в ловушках пористых пластов Земли, загерметизированных сверху непроницаемыми слоями (обычно глинами).

Среди создателей биогенной теории назовём фамилии таких корифеев, как М.В. Ломоносов, Н.Д. Зелинский, В.И. Вернадский, И.М. Губкин. Из зарубежных ученых отметим немецких исследователей Г. Гефера, К.Энглера, американского учёного П. Смита и ряд других.

Создателем абиогенной концепции по праву считается Д.И. Менделеев. Менделеев вначале придерживался биогенной гипотезы происхождения нефти, затем пересмотрел свою точку зрения. Свою абиогенную гипотезу о происхождении нефти ученый представил на заседании русского химического общества.

Рассказ о неорганических гипотезах нельзя будет считать полным, если не упомянуть известного геолога-нефтяника Н.А.Кудрявцева. В 50-е годы он собрал и обобщил огромный геологический материал по нефтяным и газовым месторождениям мира. Кудрявцев обратил внимание на то, что многие месторождения нефти и газа обнаруживаются под зонами глубинных разломов земной коры.

Исходя из теоретических представлений, Кудрявцев советовал искать нефть не только в верхних слоях, но и глубже. Этот прогноз блестяще подтверждается, и глубина бурения с каждым годом возрастает.

В середине 60-х годов удалось ответить на такой важный вопрос: почему столь «нежные» углеводородные соединения, из которых состоит нефть, не распадаются в недрах Земли на химические элементы при высокой температуре? Действительно, такое разложение можно наблюдать даже в школьной лаборатории. На подобных реакциях зиждется деструктивная переработка нефти.

Оказалось, что в природе дело обстоит как раз наоборот – из простых соединений образуются сложные. Математическим моделированием химических реакций доказано, что подобный синтез вполне допустим, если к высоким температурам мы добавим еще и высокие давления. То и другое, как известно, в избытке имеется в земных недрах.

Согласно положениям литосферно-океанической теории (ЛОТ), особенно высокие давления (при высоких температурах) характерны для локальных и глобальных паровых взрывов в астеносфере во время прорыва туда больших масс океанической воды через рифтовые щели (а также стыки плит, находящихся в положении субдукции) при лунносолнечных приливах литосферы или при вертикальных подвижках плит земной коры от таяния великих ледников.

По нашему мнению, неправы обе гипотезы: и биогенная, и абиогенная. В то же время, с позиций ЛОТ обе гипотезы по своему правы. Нефть действительно частично образовалась из останков органики (как и утверждает биогенная гипотеза происхождения нефти), но образовалась она из этой самой органики глубоко под землёй в астеносфере, как правильно отметили создатели абиогенной гипотезы.

Согласно постулатам ЛОТ, нефть образуется при паровых взрывах. Нефть и газ, до того сконцентрировавшиеся в верхней части астеносферы, т.е. под литосферой, по вновь образованным при глобальном взрыве и старым разломам литосферы под высоким давлением устремлялись вверх, частью выходя в атмосферу, частью внедрялась в полостях кристаллического фундамента и порах пластов осадочных пород. При охлаждении в пластах земной коры легкие углеводороды (метан и ряд других) становились природным газом, более тяжёлые углеводороды превращались в нефть.

Обычно газ и нефть были в смеси, смесь углеводородов могла быть самого причудливого состава, чем и определялись сорта нефти различных месторождений. Масштабы будущих месторождений нефти определялись расположением разломов вблизи крупных скоплений астеносферных углеводородов, проходного сечения литосферных разломов, прочностью и непроницаемостью нефтяных ловушек в земной коре.

Когда давление было достаточно велико, а жесткость пласта достаточно мала, он выгибался в свод - в так называемую антиклиналь. Проходили десятки, иногда сотни тысяч и миллионы лет. В старых, разрушающихся месторождениях, когда летучие фракции постепенно уходили в атмосферу, давление ослаблялось, антиклиналь становилась все более пологой, порой превращаясь в синклиналь. Нефть очень старых (но не старее временных рамок фанерозоя) месторождений при этом становилось все более «тяжёлой», и со временем превращалась в асфальты, битумы и сланцы.

Наибольшее количество углерода (основного элемента биоты) на поверхности Земли находится в Мировом океане. Больше всего его содержится в углекислом газе. А непосредственно органического вещества в морской воде в сто раз больше, чем в осадках на дне морей. Становится понятно, откуда мог взяться тот исходный органический материал, из которого в астеносфере при температуре около 1200^oС и при давлениях мощнейших взрывов шел генезис нефти. Исходное органическое вещество бралось из своего самого ёмкого источника - из прорывавшихся в астеносферу через рифты и субдукционные стыки литосферных плит огромных масс морской воды.

Нефть и газ располагаются там, где литосфера наиболее тонкая, т.е. под океаническим дном, под низменностями суши, равнинами и горными распадками. Под горными массивами литосфера резко утолщается, и астеносферной нефти там не может быть.

Под океанами литосфера значительно тоньше и образует как бы своеобразный свод, куда из массива астеносферы, т.е. верхней, очень своеобразной части верхней мантии «всплывают» образовавшиеся при гидротермальных взрывах океанической воды в недрах астеносферы биогенные и абиогенные углеводороды. Под континентами толщина литосферы значительно возрастает, и углеводородов там мало, только в разломах и околоразломных пустотах осадочных и коренных пород. Под горными массивами ничего нет, но в межгорных низинах, близ горных разломов и сбросов могут быть неплохие месторождения.

Определим количество углеводородов, образовавшихся в астеносфере из органики и углекислого газа, поступавших туда с океанической водой за период позднего фанерозоя (после Гондванского оледенения). В итоге получим 239 триллионов тонн. Такое количество углеводородного сырья образовалось в астеносфере за 180 млн. лет, прошедших со времени первой гондванской катастрофы, и сконцентрировалось в верхних слоях астеносферы под горячим сводом литосферы.

Обнаружение слоя углеводородов астеносферы снимет на очень долгий срок проблему нехватки углеводородного сырья. Сделаем подсчёты: сейчас во всем мире потребляется в год около четырёх миллиардов тонн нефти и газа. Разделим вычисленные нами 239 триллионов тонн на пять миллиардов тонн в год, получим около 48 тыс. лет. На столько лет хватит людям нефти и газа. Того, что открыто в месторождениях земной коры, как известно, хватит на пятьдесят, от силы сто лет.

Одним из аспектов зависимости современной цивилизации от углеводородного сырья является его зависимость от инфраструктуры транспортировки углеводородного топлива. Различные аспекты обеспечения безопасности газо- и нефтепроводов будут рассмотрены на симпозиуме "Энергия и безопасность", который пройдёт 21 ноября 2008 года в Москве. Портал Исследования и разработки – R&D.CNews является генеральным информационным спонсором симпозиума и будет освещать итоги его работы.

Н. Жарвин, М. Рукин / R&D.CNews