Минеральная нефть: развитие представлений о неорганическом происхождении месторождений нефти и газа
Покупка
Основная коллекция
Издательство:
НИЦ ИНФРА-М
Автор:
Пиковский Юрий Иосифович
Год издания: 2022
Кол-во страниц: 350
Дополнительно
Вид издания:
Монография
Уровень образования:
Дополнительное профессиональное образование
ISBN: 978-5-16-016645-2
ISBN-онлайн: 978-5-16-109230-9
Артикул: 739388.03.01
К покупке доступен более свежий выпуск
Перейти
Широко распространенная в мире теория органического происхождения нефтегазовых скоплений практически не используется для выбора перспективных площадей и мест поискового бурения. Это заставляет обратить пристальное внимание на альтернативную минеральную концепцию генезиса этих полезных ископаемых. Цель книги — показать, как развивались представления о глубинном неорганическом происхождении скоплений нефти и углеводородного газа от древности до новейшего времени, до создания современной минеральной теории. Показано значение минеральной теории для прогнозирования крупных месторождений нефти и газа, а также для оптимизации нефтегазовой геоэкологии.
Для широкого круга читателей, интересующихся вопросами происхождения месторождений нефти и газа, а также историей развития этой области знаний.
Тематика:
ББК:
УДК:
ОКСО:
- 21.00.00: ПРИКЛАДНАЯ ГЕОЛОГИЯ, ГОРНОЕ ДЕЛО, НЕФТЕГАЗОВОЕ ДЕЛО И ГЕОДЕЗИЯ
- ВО - Бакалавриат
- 05.03.01: Геология
- 21.03.01: Нефтегазовое дело
- ВО - Магистратура
- 05.04.01: Геология
- 21.04.01: Нефтегазовое дело
- Аспирантура
- 05.06.01: Науки о земле
- 21.06.01: Геология, разведка и разработка полезных ископаемых
ГРНТИ:
Скопировать запись
Минеральная нефть: развитие представлений о неорганическом происхождении месторождений нефти и газа, 2024, 739388.04.01
Минеральная нефть: развитие представлений о неорганическом происхождении месторождений нефти и газа, 2021, 739388.02.01
Минеральная нефть: развитие представлений о неорганическом происхождении месторождений нефти и газа, 2021, 739388.01.01
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов
МИНЕРАЛЬНАЯ НЕФТЬ РАЗВИТИЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЙ О НЕОРГАНИЧЕСКОМ ПРОИСХОЖДЕНИИ МЕСТОРОЖДЕНИЙ НЕФТИ И ГАЗА Ю.И. ПИКОВСКИЙ Москва ИНФРА-М 2022 МОНОГРАФИЯ
УДК 665.6(075.4) ББК 26.343.1 П32 Пиковский Ю.И. П32 Минеральная нефть: развитие представлений о неорганическом происхождении месторождений нефти и газа : монография / Ю.И. Пиковский. — Москва : ИНФРА- М, 2022. — 350 с. — (Научная мысль). — DOI 10.12737/1206680. ISBN 978-5-16-016645-2 (print) ISBN 978-5-16-109230-9 (online) Широко распространенная в мире теория органического происхождения нефтегазовых скоплений практически не используется для выбора перспективных площадей и мест поискового бурения. Это заставляет обратить пристальное внимание на альтернативную минеральную концепцию генезиса этих полезных ископаемых. Цель книги — показать, как развивались представления о глубинном неорганическом происхождении скоплений нефти и углеводородного газа от древности до новейшего времени, до создания современной минеральной теории. Показано значение минеральной теории для прогнозирования крупных месторождений нефти и газа, а также для оптимизации нефтегазовой геоэкологии. Для широкого круга читателей, интересующихся вопросами происхождения месторождений нефти и газа, а также историей развития этой области знаний. УДК 665.6(075.4) ББК 26.343.1 Р е ц е н з е н т: Дмитриевский А.Н. — академик Российской академии наук, на учный руководитель Института проблем нефти и газа Российской академии наук ISBN 978-5-16-016645-2 (print) ISBN 978-5-16-109230-9 (online) © Пиковский Ю.И., 2021
Памяти моих родителей и брата Введение Поиски месторождений нефти и газа ведутся более полутора столетий. «Скрытые», т.е. не проявляющие себя на поверхности, месторождения содержат основную долю мировых запасов нефти и газа. Для их обнаружения во всем мире пробурены миллионы глубоких поисковых скважин (wildcats). Направляют и обслуживают поиски сотни государственных и частных нефтяных компаний, масса научных институтов и лабораторий. Между тем, успешность поискового бурения (исчисляемая по доле в % продуктивных скважин от общего числа поисковых скважин) все эти годы остается практически на одном очень низком уровне. В США в 1950-е годы на каждые девять ежегодно пробуренных сухих скважин только одна оказывалась продуктивной (Леворсен, 1970). С переходом к поискам глубоко залегающих скоплений эффективность их открытия неуклонно снижалась. По данным Дж. Ханта (Хант, 1982) в США в 1969–1974 гг. успешность поисковых работ не превышала 2–5%. А.И. Тимурзиев (2017) приводит данные Kansas Geological Survey по штату Канзас, в котором эффективность бурения составила 3,1%. По данным электронного журнала Neftynik (2013) в России в 1981–1985 гг. при использовании традиционной схемы поисковых работ успешность поискового бурения составила около 24%, а в 1986 г. в США — 19,8%, в континентальной Европе — 23,8%. Успешность поискового бурения в разных частях нефтегазоносного бассейна различна. Она зависит не только от результатов бурения, но от пространственного распредения заполненных нефтью ловушек. Вблизи уже открытого крупного или гигантского месторождения, где большинство ловушек полностью заполнены нефтью или газом, успешность бурения может достигать 75–80% и более. Успешность по искового бурения в остальной части бассейна ненамного превышает 5%. И это при высоком уровне геофизических и буровых работ. По умолчанию поисково-разведочные работы в мире опирались и опираются на концепцию органического происхождения нефти и газа. Но в практике поисков эта концепция не используется. В этом состоит главный парадокс поисковых работ на нефть и газ. Приведем свидетельства на этот счет ведущих геологов-неф тяников, планировавших и осуществлявших в разные десятилетия прошлых лет нефтеразведочные работы.
1920–1940-е годы: «Как это не покажется парадоксальным, но при поисках явных месторождений нефти теоретические воззрения на процесс образования нефти и ее залежей не оказывают заметного влияния на направление и характер поисковых работ». «Методика, господствовавшая у нас до совсем недавнего времени, исходила из разведки отдельного месторождения. Научное свое обоснование эта методика получила в антиклинальной теории» (Калицкий, 1944, с. 5–6). 1950-е годы: «Меньше всего на выбор района и на методику его разведки влияли теоретические представления о нефтегазообразовании и нефтегазонакоплении» (Брод, 1951, с. 7). 1960-е годы: «Основной вывод, который вытекает из органической теории происхождения нефти и углеводородного газа, заключается в том, что их поиски следует производить в толщах осадочных пород. Это не значит, что в отдельных случаях нефть в виде скоплений не может находиться в верхних зонах магматических пород. Такие случаи известны, и они могут быть объяснены миграцией нефти из осадочных пород». «Поиски нефти и газа на основе выявления предполагаемых ловушек приводят часто к неудачам. Ловушка с нефтью и ловушка без нефти одинаково отражаются на показаниях геолого-геофизических методов. Что же касается использования генетических данных, то упомянутые выше неясности и недоработка вопросов образования углеводородов ограничивают и возможности их использования при поисковых работах. В результате эффективность нефтегазопоисковых работ остается невысокой, особенно на больших глубинах» (Соколов, 1967, с. 131–132). 1980-е годы: «Только располагая самыми подробными и достоверными сведениями о геологии района (о региональном фоне ОПБ), об истории формирования осадков и тектонического развития бассейна, его гидрогеологии и т.д., можно, опираясь на правильную теорию нефтегазообразования, свести до возможного минимума число столь дорогостоящих “неудачных” скважин» (Вассоевич, 1982, с. 29). 2000-е годы: «К концу XX в. классическая осадочно-миграционная теория практически изжила себя, полностью реализовав свой потенциал, и стала своеобразным тормозом в дальнейшем развитии теории и практики нефтяной и газовой геологии» (Гаврилов, 2007, с. 41). 2010-е годы: «Создание эффективной методики поисков и разведки скоплений нефти и газа — одна из актуальных проблем, стоящих перед нефтегазовой наукой и практикой» (Керимов и др., 2015 с. 13). «На производстве работы проводятся на базе органической теории по умолчанию, но чаще — по так называемой антикли
нальной теории Ханта — Абиха, не связанной с какой-либо гипотезой происхождения нефти, просто сообразно закону Архимеда. “Неорганики” на самом деле беспрепятственно пользуются различными трибунами форумов и журналов и существуют как бы в “параллельном” мире. Им никто не мешает, и они никому не мешают. Есть отдельные случаи контактов “неоргаников” с производственниками, принципиально не меняющие текущее положение дел» (Карпов, 2017). Таким образом, с одной стороны, сами сторонники органической концепции происхождения нефти признают, что эта концепция для прогноза и поисков месторождений нефти и газа практически не применялась, или попытки ее применить никак не влияли на низкую успешность поискового бурения. С другой стороны, распространяются многочисленные утверждения видных ученых в области геологии нефти, что «именно на основе теоретических воззрений об органическом происхождении нефти и газа у нас в стране были открыты такие нефтегазоносные провинции, как Волго-Уральская, Западно-Сибирская, Каракумская, нефтегазоносные области — Припятская, Прибалтийская, и за рубежом Северо-Африканская, Западно-Африканская, Североморская, Северо-Аляскинская, Камбейская и многие др.» (Трофимук и др., 1989). Такие утверждение могут быть оправданы лишь тем, что в этих открытиях принимали участие сторонники органической точки зрения, хотя самой этой теорией они при этом не пользовались. Сама органическая теория с появлением новых фактов неоднократно изменялась, а современный вид она приняла уже после состоявшихся открытий в названных бассейнах. Возникший парадокс, заводящий проблему происхождения нефти и газа в тупик, заставляет обратить пристальное внимание на альтернативную точку зрения — глубинную неорганическую (минеральную) концепцию генезиса месторождений этих полезных ископаемых. Органическая и неорганическая концепции генезиса нефти и газа параллельно сосуществуют еще с XVIII века. В современном виде они стали принципиально различаться только разными взглядами на природу исходного вещества для образования нефти. Это или захороненные в водных осадках и преобразованные в литогенезе остатки живых организмов, или углеводороды и сопутствующие им соединения, входящие в продукты естественной глубинной дегазации Земли. Обе точки зрения утвердились в науке как независимые концепции. Их доказательствами служит, в основном, разная интерпретация одних и тех же фактов. В то же время органическую концепцию нефтегазообразования, несмотря на ее неспособность увеличивать успешность поискового бурения, априори продолжают принимать за истину нефтяные и газовые компании. Эту концеп цию преподают в вузах как единственно правильную.
Глубинную абиогенную концепцию как альтернативную биогенной учат обычно не воспринимать всерьез. Успешная методология поисков нефти и природного газа, как и любых полезных ископаемых, тесно связана с проблемой их генезиса. Еще Д.И. Менделеев на заре нефтяной промышленности понимал, что без хорошей теории не может быть успешной поисковой практики. В этом отношении очень важны вопросы о сущности процесса нефтегазообразования и нефтегазонакопления. Обычно считается, что происхождение нефти и газа уже не один век остается предметом острых научных споров между двумя концепциями: биогенной и абиогенной. Но, по существу, настоящих научных дискуссий между ними никогда не было. Адепты обеих концепций обсуждали разные вопросы. Первые («органики») изучали, в основном, состав нефти и органического вещества осадочных пород, их сходство с живым веществом, возможность осадочных горных пород генерировать нефть и газ. Вторые («неорганики») обосновывали пути и формы миграции вещества из гипотетических глубинных источников, изучали закономерности размещения возникавших при этом месторождений нефти и газа, объясняли неравномерность накопления нефти и газа на Земле. Дискуссии сводятся, в основном, к взаимной критике и выявлению слабых мест у обеих концепций. Нефтегазообразование не сводится к образованию углеводородов. Углеводороды и многие другие углеродистые вещества образуются в широком диапазоне условий из биогенных и абиогенных источников, в результате биохимических и химических реакций. Образование углеводородов присуще всем земным оболочкам от почвенного слоя до мантии, возможно, до ядра Земли. Углеводороды в рассеянном органическом веществе осадочных пород или в продуктах дегазации мантии — это еще не нефть. Нефть — это целостная надмолекулярная система, в составе которой, помимо углеводородов, имеются сернистые, азотистые и другие гетероатомные соединения. Продукты уплотнения углеродистых молекул — смолы и асфальтены, заключают в себе большинство известных на Земле химических элементов. Процессы нефтегазонакопления на Земле имеют планетарный характер. Они происходят на всех континентах и прилегающих к ним акваториях в самых разных геологических структурах и геологических формациях, охватывая весь возрастной диапазон пород в осадочных бассейнах, включая участки их кристаллического фундамента. Проявления нефти и газа, иногда довольно крупные, встречаются и на кристаллических щитах вне контакта с толщами осадочных горных пород. Между тем, элементный состав нефти практически одинаков во всех месторождениях мира. Разнообразие
состава нефти и ее облик зависят от разных соотношений в ней одних и тех же компонентов, что наблюдается не только в разных бассейнах, но и в пределах одного бассейна и нередко одного месторождения. Причем причины разнообразия состоят не только во вторичных изменениях исходной нефти, но и в начальных условиях ее образования. Минеральная концепция нефтегазообразования полагает, что существует общий геологический механизм нефтегазонакопления на Земле, связанный с одной из форм глобальной дегазации Земли. Этот механизм обеспечивает в разных геологических условиях процесс формирования нефтегазовых залежей нефти и газа, их химический состав и структуру. При этом очевидно, что каким бы путем — биогенным или абиогенным — ни образовывалась нефть, находясь внутри биосферы она неизбежно должна нести в себе ее признаки, в частности, растворять биогенные органические соединения или подвергаться микробиологическому воздействию. Поэтому не корректно принимать отдельные признаки, интерпретируемые как биологические, за доказательство генезиса залежи в целом. Минеральная концепция исходит из того, что нефтегазонакопление на Земле обеспечивается потоками глубинных флюидов, поднимающихся из мест их генерации к земной поверхности. Эти идеи на протяжении многих лет развивают сторонники минерального происхождения месторождений нефти и газа. Основная сложность проблемы минеральной нефти состоит в том, что многие звенья нефтегазообразования нельзя пока наблюдать или моделировать. Их приходится восстанавливать по косвенным данным и следствиям, доступным непосредственному наблюдению и изучению. Цель этой книги — показать, как развивались представления о глубинном неорганическом происхождении скоплений нефти и углеводородного газа от древнего до новейшего времени. Именно такой исторический диапазон имеет эта научная проблема, возникшая гораздо раньше органической концепции. Перечислить всех исследователей, работавших в течение всего этого периода над проблемой глубинной нефти, и показать идейный вклад каждого в рамках этой книги практически невозможно. Помня о них, мы рассматриваем основные вехи представлений о глубинной минеральной нефти на примере работ крупнейших для своего времени естествоиспытателей, вносивших на протяжении всего этого периода свой вклад в решение этой научной проблемы и определявших направление дальнейших исследований. Книга разделена на четыре части, в центре которых находится изложение гипотезы Дмитрия Ивановича Менделеева о минеральном происхождении нефти, послужившей во всем мире стимулом
для дальнейшего развития этого научного направления. В первой части собраны данные о предшественниках Д.И. Мен делеева, свидетельствующие о глубоких корнях идеи о минеральной нефти. Во второй части приведены абиогенные гипотезы, возникшие в конце XIX — начале ХХ веков, развивающие и дополняющие гипотезу Д.И. Менделеева. Показательна глава о работах столпов органической концепции, как бы «похоронивших» минеральную гипотезу, но не нашедших аргументов для ее опровержения. Третья часть повествует о возрождении в середине ХХ века минеральной концепции, начиная с работ Н.А. Кудрявцева, П.Н. Кропоткина и В.Б. Порфирьева, и путях превращения ее в современную теорию. В четвертой части на примере работ Ш.А. Губермана с коллегами показано, как минеральная концепция нефтегазонакопления приводит к построению новой теории прогнозирования мест возникновения крупных место рождений нефти и газа. Со спецификой книги связано большое количество выписок и пространных цитат авторов, относящихся, в основном, к ХХ веку и древнее. Это вызвано необходимостью полнее показать мнение или выводы того или иного исследователя, так как неполная цитата или ее вольное изложение могут непреднамеренно исказить мысль источника. В книге автор старался избегать полемических цитат и суждений, а также обсуждать органическую концепцию происхождения нефти и газа. Это сделано сознательно, поскольку была задача показать самодостаточность минеральной концепции, как альтернативной теории генезиса месторождений нефи и газа, имеющей свою историю, научную базу и пути дальнейшего развития. Цитирование англоязычных и немецких источников в русском переводе дается в редакции автора книги. Автор признателен всем, кто поддерживал его и помогал в работе. В течение многих лет автору посчастливилось работать над задачей прогноза нефтегазоносности вместе с Шелей Айзиковичем Губерманом. Бесконечно благодарен ему за тонкий ум, глубокое понимание проблем и неоценимую поддержку и помощь, включая многие ценные идеи и редакционные замечания по тексту этой книги. Особая благодарность П.П. Шибаеву, Е.Ю. Пиковской, сестре Антонии, А.Н. Степанову за ценные советы и содействие в поисках первоисточников, А.М. Кондратенко, сделавшей возможной само написание книги. Автор с благодарностью помнит о своих коллегах и единомышленниках, безвременно покинувших этот мир, — о В.Н. Флоровской, В.Г. Мелкове, М.А. Глазовской, Е.Я. Ранцман, М.П. Гласко, В.В. Максимове, Б.М. Валяеве и Р.Б. Сейфуль-Мулюкове, и всех исследователях проблемы происхождения нефти, с кем доводилось тесно работать.
Часть первая ПРЕДЫСТОРИЯ Бывает нечто, о чем говорят: «смотри, вот это новое»; но это было уже в веках, бывших прежде нас. Еккл 1:10 Науку знаешь лишь наполовину, если знаком только с ее современным состоянием и ничего не знаешь о ее прошлом, или знаешь очень мало. Э. Лееман1 Можно считать несомненным, что нефть выходит, как бы в результате дистилляции с огромной глубины из тех первозданных пород, под которыми находится очаг всех вулканических потрясений. А. Гумбольдт2 Глава 1 НЕФТЬ В ДРЕВНЕМ МИРЕ 1.1. БИБЛЕЙСКИЕ СЮЖЕТЫ И ИХ ИСТОРИЧЕСКИЕ ТОЛКОВАНИЯ Дегазация Земли. Аристотель Еще до того, как на Земле появилась биосфера, т.е. не было, как говорится в Библии, ни «полевого кустарника», ни «полевой травы», ни «человека для возделывания земли», дождя на землю Господь Бог еще не посылал, «но пар поднимался с земли и орошал все лицо земли» (Быт. 2:5,6). Таким образом, с глобальных выходов пара из земли начиналась жизнь нашей планеты, что было сказано в одной из древнейших книг человечества. Об испарении (более широко — дегазации Земли) говорил выдающийся мыслитель древности философ Аристотель (384– 322 до н. э.). 1 Цит. из гл. 2. Агрикола, 1972, послесловие, с. 60. 2 Цит. из гл. 4. Гумбольдт, 1964, с. 613.
Дегазация Земли, по Аристотелю, происходит в двух формах: выделения паров воды с растворенными в них веществами и пневмы — газообразных выделений из глубин Земли. Комбинацией этих форм испарения Аристотель пытается объяснить все разнообразие наблюдающихся природных явлений — от погоды и образования минералов до эффекта падения звезд. «Но поскольку ясно, как было ранее сказано, что испарения должны возникать и из влажного, и из сухого, то и землетрясения являются необходимым следствием существования этих ис парений. Сама по себе земля сухая, но из-за дождей в ней содержится много влаги, так что, когда под действием солнца и собст венного огня она нагревается. Как снаружи, так и в недрах земли образуется много пневмы, а эта [пневма] в одних случаях сплошным [потоком] вся вытекает наружу, в других — вся [направляется] внутрь, а иной раз делится [надвое]». «Таким образом, колебания земли вызываются не водой и не землей, а пневмой, когда внешние ис парения устремляются в глубь [земли]» (Аристотель, 1981, с. 500–501). «[В Земле выделение] создает два различных вещества, так же, как и в воздухе [над Землей], ибо и оно само по природе двойственно. Как мы утверждаем, существуют два испарения: одно парообразное и другое дымообразное, но и [вещества], рождающиеся в Земле, тоже бывают двух видов: ископаемые [минералы] и добываемые в рудниках [металлы]. Сухое испарение — это то, что своим жаром создает все минералы, т.е. всякого рода камни, не способные плавиться: сандарак, охру, сурик, серу и все такое прочее. Большая часть минералов — это окрашенная пыль или камень, образованный из такого состава, например, киноварь. От парообразного испарения [происходят] все металлы. Они плавятся и куются; таковы железо, золото, медь. Все это создает парообразное испарение, заключенное [в недрах] и особенно в камнях, [где] из-за сухости оно сдавливается и твердеет, подобно росе или инею, когда они выделились. Только [металлы] возникают прежде, чем завершится выделение. Именно поэтому они в одном отношении являются жидкостями, а в другом нет. Материя их была водой в возможности, но больше ею не является, и они не возникают, подобно сокам, при некотором изменении [свойств] воды. Ни медь, ни золото не возникают таким образом, но каждый из этих [металлов] — это испарение, застывшее прежде, чем оно стало [водой]. Поэтому все они подвержены действию огня Аристотель (384–322 до н. э.)
К покупке доступен более свежий выпуск
Перейти