Геохимия нефти и газа

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ  
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение 
высшего образования  
«КУБАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» 
 
 
В. И. ПОПКОВ, В. А. СОЛОВЬЕВ, Л. П. СОЛОВЬЕВА 
 
 
 
 
ГЕОХИМИЯ НЕФТИ И ГАЗА 
 
Учебник 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Москва    Вологда 
«Инфра-Инженерия» 
2022 
1 

УДК 553.98 
ББК 26.3 
П57 
 
 
Рецензенты: 
доктор геолого-минералогических наук,  
профессор Э. С. Сианисян; 
доктор технических наук, профессор  
И. Г. Шнурман  
 
 
 
 
 
 
 
Попков, В. И. 
П57  
Геохимия нефти и газа : учебник / В. И. Попков, В. А. Соловьев, 
Л. П. Соловьева. - Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2022. - 248 с. : 
ил., табл. 
ISBN 978-5-9729-0896-7 
 
Рассматриваются основные вопросы геохимии нефти и газа как науки: 
химические элементы и их соединения в составе нефти и газа, круговорот химических элементов в природе, органическое вещество в осадках, физические 
свойства нефти и газа, нефтехимическое производство. Особое внимание уделено геохимическим методам поисков. Уделено внимание концепциям нафтидогенеза.  
Для студентов всех геологических специальностей, особенно специализирующихся в области геологии нефти и газа. 
 
 
УДК 553.98 
 
ББК 26.3    
 
 
 
 
 
 
 
 
ISBN 978-5-9729-0896-7 
” Попков В. И., Соловьев В. А., Соловьева Л. П., 2022 
 
” Кубанский государственный университет, 2022 
 
” Издательство «Инфра-Инженерия», 2022 
 
” Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2022 
2 

ПРЕДИСЛОВИЕ 
Адресат данного учебника хорошо известен - это прежде всего студенты, специализирующиеся в области геологии и геохимии нефти и газа. В Кубанском государственном университете им читается двухсеместровый курс:  
в первом семестре - геология нефти и газа; во втором - геохимия нефти и газа. 
Данный учебник следует рассматривать как вторую часть читаемого курса. 
Учебник также пригоден и для студентов-геологов других специальностей 
(геофизиков, гидрогеологов, инженер-геологов и др.), но с учетом возможности сокращения отдельных разделов по усмотрению преподавателя. Не исключается использование учебника магистрантами и аспирантами, сдающими экзамены по специальности «Геохимия нефти и газа». 
Целевое назначение учебника состоит в получении исчерпывающих знаний по геохимии нефти и газа. В нем представлены все основные разделы этой 
науки: химические элементы и их соединения в составе нефти и газа, круговорот химических элементов в природе, органическое вещество осадков, физические свойства нефти и газа, нефтехимическое производство. Особое место 
отведено геохимическим методам поисков месторождений нефти и газа. Заключительный раздел посвящен концепциям нафтидогенеза.  
Каждый из авторов внес свой вклад в написание книги, но алфавитный 
принцип соавторства указывает на равные доли участия каждого из авторов  
в работе над пособием. 
Степень новизны учебника заключается в том, что оно существенно отличается от уже зарекомендовавших себя учебников (Брод, Еременко, 1957; 
Леворсен, 1958; Еременко, 1961; Габриэлянц, 1972, 1978, 1979; Бакиров, Ермолкин и др., 1980). Прежде всего, это касается характеристики геохимии 
нефти и газа как науки. Характеристика геохимических объектов приведена  
на основе обновленной информации, появившейся благодаря достижениям органической химии (Пустовалова, 2005), химии и технологии нефти и газа 
(Вержичинская, Дигуров, Синицын, 2007), изучения органического вещества 
(Баженова, Бурлин и др., 2000), разработки геохимических методов поисков 
(НПЦ-геохимия, 2005), а также в развитии концепций нафтидогенеза (Конторович, 1998; Дмитриевский, Валяев, 2002, 2003; Валев, 1997, 2006; Бембель, 
Мегеря, 2006; Мегеря, 2009; Гатаулин, 2006; Попков, Соловьев, Соловьева, 
2010, 2011; Попков, Ларичев, Медведев, 2010). 
Методика использования учебника базируется на новом подходе к обучению, которое четко подразделяется на две формы - лекционную и семинарскую. Лекционная форма предусматривает усвоение терминов и понятий по 
разделам пособия, а семинарская форма - проверку усвоения терминов и понятий. Получается, что усвоение геохимии нефти и газа сводится, в конечном 
3 

счете, к освоению языка данной науки, владение которым проверяется на 
практике поисково-разведочных работ на нефть и газ. 
Авторы считают своим долгом выразить глубокую благодарность своим 
рецензентам за профессиональную оценку значимости и новизны учебника. 
Естественно, мы не могли бы обойтись без дружеской поддержки сотрудников 
кафедры нефтяной геологии, гидрогеологии и геотехники КубГУ и многих 
других, с пониманием воспринявших наш вклад в преподавание геохимии 
нефти и газа. 
4 

ВВЕДЕНИЕ 
Постановку рассматриваемых проблем начнем с их перечисления: 
 понимание геохимии нефти и газа как науки (цели и задачи, объект  
и предмет, методы и средства, геохимики-нефтяники); 
 определение главных химических элементов и соединений в составе 
нефти и газа (биогенные элементы, микроэлементы, инертные элементы и др.); 
 выяснение круговорота химических элементов в природе (круговорот 
гелия, круговороты гидрохимических элементов); 
 преобразование органического вещества в осадках (исходный химический материал для ОВ, преобразование ОВ в диагенезе, катагенезе  
и метаморфогенезе, битумы и др.); 
 определение видов миграции и аномально высоких давлений (первичная и вторичная миграции, вертикальная и горизонтальная миграции, 
аномально низкие и высокие давления); 
 получение нефтехимических продуктов (синтетические каучуки, спирты, удобрения и др.); 
 совершенствование геохимических методов поисков месторождений 
нефти и газа (прямые и косвенные методы); 
 парадигмы концепций нафтидогенеза (миграционно-осадочная, дегазационная, солитонная и другие концепции). 
Рассмотрение все этих проблем можно найти в соответствующих главах 
пособия (гл. 1-9), поэтому остановимся только на некоторых примерах, подчеркивающих актуальность проблем и продолжающиеся усилия ученых для их 
решения. 
Уточнение и детализацию тем начнем с понимания геохимии нефти и газа как науки и, в частности, с её определения. Расхождение существует в отсутствии единства в определении целей и задач, объекта и предмета, методов и 
средств науки. При наличии четкости в разграничении этих методологических 
элементов достигается и ясность в понимании науки в целом.  
По целям и задачам геохимия нефти и газа подразделяется на геостатику, геодинамику и геоисторию. Определяющими являются геостатика и геодинамика, а геоистория - это только интерпретация статических и динамических 
моделей с использованием исторической терминологии.  
Нет должной ясности и в разграничении таких методологических элементов, как объект и предмет. Объектами геохимии нефти и газа выступают 
нефтегазоносные тела на уровне химических элементов (атомном уровне), а 
предметом являются фундаментальные характеристики этих объектов - состав, свойства, форма и структура.  
5 

Учитывая сказанное, геохимию нефти и газа можно определить как 
науку, изучающую распределение и взаимодействие химических элементов  
в нефтегазоносных телах с целью познания их фундаментальных характеристик. 
Вопросы возникают при анализе и всех других перечисленных проблем. 
Позволим себе остановиться на проблеме круговорота и, в частности, круговороте гелия и гидрохимических элементов в природе. Дело в том, что эти вопросы оказались не затронутыми в предыдущих учебных пособия по геохимии 
нефти и газа. В представленных нами материалах миграция гелия и гидрохимических элементов хорошо объясняется с позиции концепций дегазации Земли (Попков, Соловьев, Соловьева, 2011; Попков, Ларичев, Медведев, 2011). 
Дискуссионность затронутых в учебнике проблем особенно ярко проявилась в проблеме нафтидогенеза - как осадочно-миграционной, так и дегазационной концепций. 
Дискуссии возникают и по проблеме преобразования органического вещества и, в частности, по вопросам, связанным с понятием «битумы». Попытки снять эти вопросы предпринимались В. А. Успенским и О. А. Радченко, которые рассматривают битумы двух ветвей - угольного и нефтяного (битумного). Угольная ветвь включает гумусовые и сапропелитовые угли, а нефтяная - 
горючие ископаемые от газов до антроксолитов и шунгитов.  
Битум - первоначальный термин, охватывающий явление преобразования нефти и переводящийся как «вспыхивающая смола». В последующем термин «битум» стал употребляться в разных значениях, но сохранил основополагающий признак сходства с нефтью и её производными. 
Эти примеры приведены для того, чтобы показать не только результаты 
достижений геохимии нефти и газа, но и сохраняющиеся дискуссионные проблемы. 
6 

1. ГЕОХИМИЯ НЕФТИ И ГАЗА КАК НАУКА 
1.1. Цели и задачи 
Цель - это конечный результат исследований.  
Задачи - это промежуточные этапы достижения цели.  
По целям и задачам целесообразно различать: статическую (познание 
состава и свойств, формы и структуры нефтегазоносных тел), динамическую 
(познание процессов в нефтегазоносных телах) и историко-генетическую (познание истории и генезиса нефтегазоносных тел) геохимию нефти и газа. 
Смысл такого деления состоит в том, чтобы четко представлять, что именно 
мы изучаем - нефтегазоносные тела, в которых скапливается нефть (геостатика), современные процессы, происходящие в нефтегазоносных телах (геодинамика), историю и генезис, которые реконструируются на основе информации по геостатике и геодинамике нефтегазоносных тел.  
1.2. Объект и предмет 
Объекты - это реально существующие нефтегазоносные тела. Мир этих 
тел располагается в общей иерархии вещества между микромиром и макромиром, образуя свой мезомир. В каждом из миров действуют свои законы мироздания, образуя уровни организации вещества: физико-химический (микромир), геологический (мезомир) и планетарно-астрофизический (макромир). 
Иерархия геотел включает минералы, породы, геоформации, геокомплексы и геосферы. В этом отношении геология - полиобъектная наука. Геология нефти и газа тоже полиобъектная наука. Углеводороды могут накапливаться даже в минералах (например, включения в минералах кимберлитов). Но 
явные скопления нефти и газа начинаются с породных тел, которые называются залежами. В геоформациях это месторождения, в геокомплексах - нефтегазоносные области и провинции. 
Объектом геохимии нефти и газа выступают нефтегазоносные тела на 
уровне химических элементов и их соединений. 
Предмет - это изучение фундаментальных характеристик тел (состава, 
свойств, формы и структуры). Результаты их познания представляются в виде 
моделей этих характеристик. Например, познание состава осуществляется  
в рамках предметов наук химического цикла (геохимия), познание свойств - 
наук физического цикла (геофизика), формы изучают науки геометрического 
цикла (геоморфология), структуры - науки структурного цикла (структурная 
геология).  
7 

Зная объект и предмет, можно дать определение геохимии нефти и газа - 
это наука, изучающая химические элементы, их распределение и миграцию в 
нефтегазоносных телах. 
1.3. Методы и средства 
Методы - логические операции (алгоритмы) решения задач. Одним из 
важнейших является геокартирование, или районирование, нефтегазоносности. Полипредметность геологии нефти и газа позволяет говорить о геохимических, геофизических, геоморфологических и структурных методах.  
Геохимия нефти и газа пользуется методами аналитической химии, методами количественного анализа, рентгенографическими методами и т. д. 
Важнейший - метод геохимического картирования. 
Средства - технические орудия решения задач. Средствами геохимии 
нефти и газа являются реактивы, химические приборы (микроскопы, спектроскопы, рентгеновские аппараты, химическая посуда и т. д.). 
1.4. Практическое значение 
Геохимия нефти и газа участвует в решении самой важной для выживания 
человечества энергетической проблемы. По прогнозу Мирового энергетического 
агентства в 2020-х гг. потребление нефти достигнет 6 млрд т/год. Доля нефти и 
газа в энергетическом балансе составляет 70 , опережая другие виды энергии. 
1.5. История науки 
За каждым научным открытием стоят отдельные личности, поэтому надо 
знать имена выдающихся ученых-нефтяников. Далее приведены имена членов 
Российской академии наук, но мы ни в коем случае не умаляем заслуг многих 
других, не менее достойных упоминания. 
Менделеев 
Дмитрий 
Иванович 
(1834- 
1907 гг.) - академик, выдающийся химик, открывший периодический закон химических элементов, который является теоретическим фундаментом для геохимии нефти. Известен как основоположник абиогенной гипотезы генезиса нефти. 
Многие считают, что он пришел к этой гипотезе 
через химию, но Менделеев был хорошо осведомлен и в нефтяной геологии (обследовал бакинские нефтяные промыслы, был в курсе дел по 
геологии нефти в США). 
Д. И. Менделеев 
8 

Вернадский Владимир Иванович (1863- 
1945 гг.) - академик, выдающийся геохимик и 
биогеохимик. Известен как основоположник биогенной гипотезы генезиса нефти. Основоположник геохимии и биогеохимии, а также истории 
науки и методологии. В вопросе  генезиса нефти 
большое  значение придавал принципам симметрии Кюри. Заслуги в публикации избранных трудов В. И. Вернадского принадлежат А. Л. Яншину 
и Ф. Т. Яншиной. 
В. И. Вернадский 
И. В. Губкин 
Губкин 
Иван 
Михайлович 
(18711939 гг.) - академик, основоположник отечественной геологии нефти и газа, организатор 
нефтяной специальности в Московском нефтяном институте, участник открытий нефтяных 
месторождений в Приуралье. Сделал прогноз 
на открытие месторождений в Сибири. На основании работ Губкина месторождения майкопского типа были открыты и в Америке. Основоположник диапировой модели формирования месторождений и сторонник осадочномиграционной концепции. 
Кудрявцев Николай Алексеевич (1893- 
1971 
гг.) 
- 
профессор, 
известный 
геологнефтяник, основоположник абиогенной концепции нафтидогенеза, связывавший образование углеводородов с глубинными структурами Земли, 
особенно с магматическими проявлениями и с 
глубинными разломами. В 1951 г. Н. А. Кудрявцев выступил со статьей, направленной против 
биогенной концепции нафтидогенеза, в которой 
пытался возродить представление В. Д. Соколова 
об абиогенном генезисе и назвал свою концепцию 
магматической. В последующие годы он опубликовал на эту тему две книги и более двух десятков статей (Кудрявцев, 1963, 1973). 
Н. А. Кудрявцев  
9 

Вассоевич Николай Брониславович (1902- 
1981 гг.) - член-корреспондент РАН, выдающийся нефтяник-геохимик, заведующий кафедрой 
геологии и геохимии горючих ископаемых МГУ, 
основатель осадочно-миграционной концепции, 
ядром которой являются понятия о главных зонах 
нефте- и газообразования. Автор работ по литологии, стратиграфии и тектонике. 
 
 
 
 
 
 
Н. Б. Вассоевич 
 
П. Н. Кропоткин  
А. А. Трофимук  
 
 
Кропоткин 
Петр 
Николаевич 
(1919- 
1966 гг.) - выдающийся геолог, известный специалист в области тектоники, геофизики и нефтяной 
геологии. Особую известность он приобрел, когда 
в 1950-х гг. начал интересоваться углеводородами 
и выдвинул свою концепцию дегазации Земли. 
Первоначально П. Н. Кропоткин не связывал образование нефти с магмой, но в 1957 г., проанализировав данные о наличии битумов, нефти и газа 
в магматических породах, счел возможным и 
магматический генезис. 
 
 
 
 
Трофимук 
Андрей 
Алексеевич 
(1911- 
1999 гг.) - академик, заместитель председателя 
Сибирского отделения РАН, организатор и директор Института геологии и геофизики СО РАН, открыватель месторождений в Приуралье, Западной 
и Восточной Сибири, первый геолог, получивший 
звание Героя Социалистического Труда (1944 г.), 
лауреат Государственных премий СССР и Российской Федерации. Его именем назван Объединенный институт геологии, геофизики и минералогии 
СО РАН (2000 г.). Внес вклад в развитие осадочно-миграционной концепции. 
 
10