 |
3. 3. 2. Космическая гипотеза М. А. Соколова
|
|
|
|
3. 3. 2. КОСМИЧЕСКАЯ ГИПОТЕЗА М. А. СОКОЛОВА
В 1892 году М. А. Соколов выдвинул гипотезу космического происхождения нефти. Суть её - минеральный синтез УВ из простых веществ на космической стадии формирования Земли. Предполагалось, что образовавшиеся углеводороды находились в газовой оболочке, а по мере остывания поглощались породами формировавшейся земной коры. Высвобождаясь затем из остывавших магматических пород, углеводороды поднимались в верхнюю часть земной коры, где образовывали скопления. В основе этой гипотезы были данные о наличии углерода и водорода в хвостах комет и углеводородов в метеоритах.
3. 3. 3. ГИПОТЕЗА Н. А. КУДРЯВЦЕВА
В первой половине XX века поиски нефти велись во всем мире, исходя из представлений о ее органическом происхождении. Большое внимание привлекала гипотеза Н. А. Кудрявцева. Сущность её в том, что нефть и газ образуются в глубинных зонах Земли по реакции: CO + 3H2 = CH4 + H2, а также полимеризация радикалов =CH, CH2, CH3. Считалось, что образование УВ происходит из реакционной смеси в раздробленных глубинными разломами участках литосферы. Прорыв находящихся под высоким давлением УВ вверх, в осадочную толщу, приводит к образованию залежей нефти и газа. Доказательство - реакции Фишера-Тропша:
ЗСО + 7Н25= С3Н8 + ЗН2О, 2СО + 4Н25=t C2H4 + 2Н2О, СО + ЗН25=t СН4 + Н2О) (3)
3. 3. 4. ОРГАНОГЕННАЯ ТЕОРИЯ СЕГОДНЯ
В настоящее время преобладающая часть ученых, химиков, геохимиков и геологов считает наиболее обоснованными представления об органическом генезисе нефти, хотя имеются ученные, которые до сих пор отдают предпочтение минеральной гипотезе ее образования. Все гипотезы минерального происхождения нефти объединяет идея синтеза углеводородов, кислородо-, серо- и азотосодержащих компонентов нефти из простых исходных веществ: C, H2, CO, CO2, CH4, H2O и радикалов при высоких температурах и взаимодействии продуктов синтеза с минеральной частью глубинных пород.
|
|
|
3. 3. 5. АБИОГЕННАЯ ГИПОТЕЗА
Однако по мере углубления знаний о строении нефти отчетливо выявились глубокие различия в составе природных и синтетических углеводородных смесей. Последние практически не содержат широко представленных в нефти сложно построенных углеводородных молекул, насыщенных структурных аналогов компонентов живого вещества - жирных кислот, терпанов, стиролов и т. д.
Ряд аргументов сторонников минерального происхождения нефти основан на термодинамических расчетах. Е. Б. Чикалюк попытался определить температуру нефтеобразования по соотношению между некоторыми изомерными углеводородами, допуская, что высокотемпературный синтез приводит к образованию термодинамически равновесных смесей. Рассчитанная таким образом температура нефтеобразования составила 450-900°C, что соответствует температуре глубинной зоне 100-160 км в пределах верхней мантии Земли.
Основные положения теории неорганического происхождения нефти:
1. нефтяное вещество возникает в процессе соединения водорода и углерода, которые имеют неорганическую природу;
2. нефтяные УВ: метан, этан и их более сложные модификации, включая нефть, образуются внутри Земли;
3. из глубин Земли метан, этан и другие нефтяные УВ поднимаются по трещинам развитых нарушений во время ее дегазации, и достигнув верхних частей земной коры, они преобразуются в нефтяные и газовые месторождения.
Слабые стороны глубинной, или магматической, гипотезы о неорганическом происхождении нефти:
|
|
|
1. недостаточная изученность качественного и количественного состава нефтяных УВ, которые поднимаются из Земли во время ее дегазации, что сдерживает вывод об их достаточности для формирования месторождений;
2. неопределенность закономерностей поступления нефтяных УВ из внутренних частей Земли - сплошными потоками или пульсирующими;
3. отсутствие объяснений преимущественной концентрации нефтяных и газовых месторождений в местах накопления осадочных пород (геосинклинали, рифтогены, синеклизы и др. ) и их случайных нахождений в районах распространения кристаллических пород (кристаллические щиты, массивы и другие блоки).
3. 3. 6. АРГУМЕНТЫ В ПОЛЬЗУ БИОГЕННОЙ ТЕОРИИ
Энглер в 1888 году при перегонке сельдевого жира получил коричневого цвета масла, горючие газы и воду. В легкой фракции масел содержались углеводороды от С5 до С9, во фракции больше 300°С парафины, нафтены, олефины и ароматические углеводороды. Возникла гипотеза образования нефти из жиров животного происхождения.
В 1919 году Н. Д. Зелинский подвергнул перегонке озерный сапропелевый ил, почти нацело состоявший из растительного материала - остатков планктонных водорослей с высоким содержанием липидов. При этом были получены кокс, смолы, газ и пирогенетическая вода. Газ состоял из СН4, СО2, Н2 и Н2S. Смола содержала бензин, керосин и тяжелые смолистые вещества. В бензине были обнаружены алканы, нафтены и арены; в керосине преобладали циклические полиметиленовые углеводороды. Полученная смесь углеводородов во многом была сходна с природной нефтью, тяжелые фракции обладали оптической активностью.
Напомним, что оптическая активность, это одно из фундаментальных свойств, общих для живого вещества, продуктов его преобразования и природных нефти. При минеральном синтезе углеводородов возникают рацемические смеси, не обладающие оптической активностью, поскольку они не содержат равное количество лево- и правовращающихся молекул, что выгодно с позиций термодинамики (такая смесь характеризуется максимумом энтропии).
Для живой природы, напротив, характерна зеркальная асимметрия: все биогенные аминокислоты - левые, сахара - правые зеркальные изомеры. Оптическая асимметрия органических молекул - достаточное основание для утверждения о наличии живого вещества или продуктов его посмертного преобразования. С этих позиций оптически активная нефть может быть только продуктом биосферы, а не минерального синтеза. Оптическая активность нефти связана главным образом с углеводородами типа тритерпанов и стеранов.
|
|
|
Получение оптически активных нефтеподобных продуктов при перегонке органического вещества планктонных водорослей послужило основой для гипотезы происхождения нефти из растительного материала. Этому способствовали и геологические исследования. При поисках и разведке нефтяных месторождений геологи уже в XIX веке стали отмечать частую приуроченность нефтяных залежей к древним морским отложениям, обогащенным сапропелевым органическим веществом, которые были названы нефтематеринскими.
Начиная с работ А. Д. Архангельского (1927 г. ) и П. Д. Траска (1926 — 1932 гг. ) развернулись исследования органического вещества современных осадков и древних осадочных пород. Значительное влияние на направление исследований оказал И. М. Губкин.
Иван Михайлович Губкин (1871-1939), это знаменитый советский геолог, в труде «Учение о нефти» 1932 г. изложил свои представления о происхождении нефти, условиях формировании нефтяных месторождений. Разработал вопросы первичности и вторичности нефтяных залежей, миграции нефти и газа, классификация нефтяных залежей и закономерность их распределения. Он подчеркивал, что широкое региональное распространение месторождений нефти в осадочных толщах заставляет отбросить любые возможные экзотические источники для образования нефти и считать, что источником нефти может быть только широко распространенное в осадочных породах рассеянное органическое вещество смешанного растительно-животного происхождения.
Детальные исследования выявили все большие черты сходства между углеводородами рассеянного органического вещества осадочных пород, названных Н. Б. Вассоевичем микронефтью, и нефти из ее месторождений. Им же высказана идея об унаследованных от животного вещества биомолекулах («химических ископаемых», по аналогии с палеонтологическими).
|
|
|
В настоящее время академик В. А. Конторович проводит фундаментальное изучение биогенного направления в происхождении нефти. Им проделана огромная работа в направлении развития теории нафтидогенеза. Проводятся исследования, детально и аргументировано показывающие весь путь от накопления органического материала в осадках до формирования месторождений нефти и газа.
Важными «биогенными метками» в нефтях являются свойственные живому веществу многие изопреноидные углеводороды, возникновение которых связывают с фитолом - периферическим структурным элементом молекулы хлорофилла. Благодаря большому сходству в молекулярной структуре между стероидами и стеранами, тритерпеноидами и тритерпанами живого вещества и нефти, их присутствие является надежным показателем органического генезиса нефти. По стереохимическим особенностям нефтяные стераны и тритерпаны все-таки несколько отличаются от исходных биологических соединений, что связано с изменениями при термическом превращении пространственного строения одного или нескольких хиральных центров биомолекул. Пентоциклические тритерпены встречаются в основном в наземных растениях. В органическом веществе морских осадочных пород и в нефти распространены тетрациклические углеводороды - стераны, свойственные сине-зеленым планктонным водорослям, которые явились одним их основных биопродуцентов при накоплении сапропелевого органического вещества в морских осадков в течение всего геологического времени.
К унаследованным биогенным структурам относятся и нормальные алканы. Содержание их в нефти достигает 10-15, а иногда и 30%. Свидетельством образования н-алканов из биогенных жирных кислот являются случаи преобладания в малопреобразованных нефти н-алканов с нечетным числом атомов углеводородов над «четными». Для живого вещества и образованного из него органического вещества осадков всегда характерно преобладание жирных кислот с четным числом атомов углерода. Постепенное сглаживание этих первичных генетических признаков до примерно одинаковой концентрации «четных» и «нечетных» н-алканов и в органическом веществе нефти материнских пород и нефтезалежей происходит по мере нарастания глубины и температуры в недрах вследствие вторичных реакций.
Таким образом, все химические, геохимические и геологические данные с несомненностью свидетельствуют об органическом происхождении нефти.
Основы органической теории следующие:
|
|
|
1. нефтяное вещество имеет исключительно биогенное происхождение;
2. нефть возникла как следствие деструктивного преобразования (метаморфизма) остатков растений и животных, погребенных в толщах осадочных пород (песков, глин, известняков и др. );
3. преобразование остатков растений и животных происходило не во всех осадочных породах, а только в наиболее обогащенных биогенной органикой, которые имеют название нефтематеринских или нефтеобразующих слоев (свит);
4. в нефтематеринских слоях (свитах) нефть образовывалась уже в готовом виде в форме дисперсно-рассеянных капелек, называемых частичками микронефти (И. М. Губкин, 1932, Вассоевич Н. Б., 1959);
5. после завершения формирования дисперсные капельки микронефти должны выходить из нефтеобразующих осадочных слоев и двигаться в толщах соседних осадочных пород до тех пор, пока не попадут в ловушки, где будут накапливаться и преобразовываться в нефтяные или газовые месторождения.
Приверженность современных геологов к органической теории происхождения нефти связано не только с тем, что основные постулаты этой теории подтверждаются практическими результатами, а именно, открытием огромных запасов нефти и газа в осадочных бассейнах и установленная связь нефтематеринских свит пространственно с месторождениями нефти и газа, но и по той причине, что молекулы орагнического вещества, слагающие нефть не могут существовать в природе при температурах больших 150°С, а значит и представить их транзит из недр Земли через области очень высоких температур без уничтожения этих молекул очень затруднительно.
Можно конечно представить подъём из глубин водорода и участие его в формировании нефти, но это не будет аргументом, отрицающим возникновения основных компонентов нефти из органического вещества, захороненного в осадочных породах.
А раз есть теория, достаточно просто объясняющая происхождения нефти, подтверждённая открытиями геологов, то и незачем придумывать более сложные системы объяснений. Тем не менее, для развития творческой мысли читающих данное учебное пособие далее по тексту приведены некоторые современные, произвольно выбранные гипотезы, которые рассматривают происхождение нефти исходя из некоторых других доводов, кажущихся их авторам достаточно убедительными. Приведенные гипотезы выбраны произвольно и этот обзор ни в коем случае не претендует на полноту освещения данного вопроса.
|
|
|
