Углеродистые вещества в природных процессах: избранные труды

НАУЧНАЯ МЫСЛЬ
СЕРИЯ ОСНОВАНА В 2008 ГОДУ


В.^ ФЁОРОВСКАЯ

УГЛЕРОДИСТЫЕ ВЕЩЕСТВА
В ПРИРОДНЫХ ПРОЦЕССАХ: ИЗБРАННЫЕ ТРУДЫ

модографил


znanium.com

Москва ИНФРА-М 2017

УДК ББК

552.57+550.84+553.98+543.426
26.301 Ф73



   ФЗ    Издание не подлежит маркировке  
№ 436-ФЗ в соответствии с п. 1 ч. 2 ст. 1

       Флоровская В.Н.
Ф73 Углеродистые вещества в природных процессах: избранные труды: Монография. — 225 с. — М.: ИНФРА-М, 2017. — (Научная мысль).
       ISBN 978-5-16-011189-6 (print)
       ISBN 978-5-16-103298-5 (online)
          Книга посвящена научному творчеству доктора геолого-минералогических наук, профессора Московского государственного университета В.Н. Флоровской, развитию ее идей в области люминесцентной битуминологии, формирования и поисков углеводородных скоплений, геохимических основ происхождения жизни. В книге воспроизведены опубликованные в разные годы и некоторые неопубликованные приоритетные работы В.Н. Фло-ровской по различным направлениям диагностики и геохимии углеродистых веществ, эволюции углеводородов в природных процессах, геоэкологической роли эндогенных процессов в земной коре.

          The book is dedicated to scientific heritage of geologist and geochemist professor of Moscow State University V. N. Florovskaya. Development of her concepts concerning to luminescence bituminology, genesis and exploration of hydrocarbon accumulations, and geochemical prerequisites for the origin of life has been analyzed. These articles address a number of high-priority issues such as diagnostics and geochemistry of carbonaceous substances, evolution of hydrocarbons within various natural processes, environmental value of endogenous factors.

УДК 552.57+550.84+553.98+543.426
ББК 26.301





ISBN 978-5-16-011189-6 (print)
ISBN 978-5-16-103298-5 (online)                © Флоровская В.Н., 2003, 2016

Подписано в печать 29.06.2016.
Формат 60x90/16. Печать цифровая. Бумага офсетная.
Усл. печ. л. 14,07.
ППТ20. Заказ № 00000
ТК 389300-635224-290616
ООО «Научно-издательский центр ИНФРА-М» 127282, Москва, ул. Полярная, д. 31В, стр. 1. Тел.: (495) 280-15-96, 280-33-86. Факс: (495) 280-36-29
             E-mail: books@infra-m.ru          http://www.infra-m.ru


Отпечатано в типографии ООО «Научно-издательский центр ИНФРА-М»
127282, Москва, ул. Полярная, д. 31В, стр. 1
Тел.: (495) 280-15-96, 280-33-86. Факс: (495) 280-36-29

Предисловие

   Книга «Углеродистые вещества в природных процессах» посвящена научному творчеству доктора геолого-минералогических наук, профессора Веры Николаевны Флоровской - видного российского ученого-геолога, минералога и геохимика. Вера Николаевна внесла большой вклад в понимание геохимической роли углеродистых соединений земной коры в природных процессах. Многие ее идеи, высказанные впервые и воспринимавшиеся поначалу как экзотические, в настоящее время стали общепринятыми.
   Имя В.Н. Флоровской получило широкую известность в связи с созданным ею и внедренным в нефтегазоразведочное дело научным методом - люминесцентной битуминологией. Этот метод, ставший самостоятельным научным направлением в геохимии, оказался эффективным инструментом для решения многих теоретических и прикладных задач геохимии углеродистых соединений и геоэкологии.
   Более 40 лет научная деятельность В.Н. Флоровской была связана с Московским университетом. Она создавала и возглавляла научноисследовательские лаборатории на геологическом и географическом факультетах, межфакультетскую лабораторию люминесцентных исследований природных углеродистых веществ. В этих лабораториях совершенствовались инструментальная и методическая база люминесцентной битуминологии, расширялась сфера ее применения.
   Вера Николаевна всегда искала новые, неизведанные пути в науке. В начале 1940-х годов она впервые стала проводить массовые исследования битуминозных веществ, рассеянных в осадочных горных породах, выявляя при этом их связь с нефтеносными толщами и пластами. Двадцать лет спустя Вера Николаевна, поняв, что рассеянная битуминозность свойственна не только осадочным породам, начала систематические исследования углеродистых веществ в магматических, вулканических и метаморфических породах, гидротермальных минералах, месторождениях рудных полезных ископаемых. Она установила ведущую роль гидротермального процесса в формировании геохимических ореолов углеродистых веществ вокруг рудных месторождений и впервые четко сформулировала положение, что скопления нефти и газа по условиям образования необходимо относить не к осадочному, а к гидротермальному типу месторождений.
   Существенным вкладом в разработку фундаментальной проблемы происхождения жизни на Земле стала гипотеза В.Н. Флоровской о возникновении предбиологических соединений на последних стадиях гидротермального процесса, в частности, на травертиновых щитах как минеральных матрицах в результате разгрузки глубинных гидро

3

терм на земную поверхность (1962 год). Впервые было указано на реальный геохимический процесс и конкретные условия, при которых проходил абиогенный синтез сложных органических структур, давших начало первым живым существам на Земле. Все последующие исследования, сделанные в таком ключе, по существу исходят из гидротермальной геохимической гипотезы, хотя далеко не всегда имеют в виду работы ее основоположника.
   Развивая гипотезу о происхождении сложных углеродистых веществ путем синтеза в глубинных газо-гидротермальных системах, В.Н. Флоровская высказала мысль, что эти соединения в настоящее время служат как питательным материалом для живых организмов, так и мощным бальнеологическим фактором. Эти идеи еще не нашли должного отражения в опубликованных работах. Вера Николаевна работала над ними много лет и продолжает работать сейчас.
   В.Н. Флоровская впервые высказала гипотезу о том, что причиной массовой гибели живых организмов в море были внезапные выбросы в морскую среду токсичных глубинных газов по активизированным разломам в земной коре (1972 год). Этим было положено начало изучению влияния геодинамики на геоэкологию, чему в настоящее время придается большое значение.
   Наконец, В.Н. Флоровская впервые внедрила методы люминесцентной битуминологии в геоэкологические исследования, показав, что эти методы могут быть использованы не только для поисков нефти и газа, но и для изучения и контроля загрязнения природной среды нефтью, нефтепродуктами, полициклическими ароматическими углеводородами.
   Книга состоит из трех разделов. В первом разделе помещены статьи учеников В.Н. Флоровской о развитии созданных ею научных направлений - люминесцентной битуминологии, геохимии углеродистых соединений в гидротермальном процессе и геохимических основ возникновения предбиологических соединений на Земле. В этот раздел вошли страницы воспоминаний В.Н. Флоровской о людях, с которыми она разрабатывала методы люминесцентной битуминологии, и которые помогали ей в этой работе. Во втором разделе собраны приоритетные статьи В.Н. Флоровской по различным направлениям геохимии углеродистых веществ, публиковавшиеся в разное время. Эти работы представляют несомненный научный интерес и в настоящее время. Некоторые из них уже забыты, и здесь уместно их вспомнить, поскольку современные научные работники зачастую не очень пунктуальны в ссылках на своих предшественников. В этот раздел включены также две работы В.Н. Флоровской, ра

4

нее не публиковавшиеся. Одна из них - о природе явления Эль-Ниньо была написана в начале 1980-х годов. В ней развиваются идеи о связи современной геодинамики и геоэкологии. Другая, написанная совсем недавно, содержит размышления о природе бальнеологических свойств минеральных вод и их осадков. В третьем разделе приведены основные этапы жизни и научной деятельности В.Н. Флоров-ской и библиография трудов.
   Настоящая книга - подарок Вере Николаевне от ее учеников, сотрудников и коллег в честь ее знаменательного юбилея.

5

ЧАСТЬ I. ДИАГНОСТИКА УГЛЕРОДИСТЫХ ВЕЩЕСТВ И ИХ РОЛЬ В ПРИРОДНЫХ
ПРОЦЕССАХ - РАЗВИТИЕ НАУЧНЫХ ИДЕЙ В.Н. ФЛОРОВСКОЙ

        СТАНОВЛЕНИЕ И РАЗВИТИЕ ЛЮМИНЕСЦЕНТНОЙ БИТУМИНОЛОГИИ


            Ю.И. Пиковский


        Первые шаги люминесцентной битуминологии

  Имя Веры Николаевны Флоровской неразрывно связано с созданием люминесцентной битуминологии как научного направления и инструмента для решения фундаментальных и прикладных задач геохимии, поисков полезных ископаемых, геоэкологии.
  Люминесцентная битуминология - это исследование геохимии углеродистых веществ земной коры, природных и техногенных ландшафтов с использованием важнейшего имманентного свойства этих веществ -люминесцировать под воздействием ультрафиолетовых лучей.
  Способность некоторых природных веществ и минералов светиться в темноте после воздействия на них какой-то энергии (например, солнечных лучей) было известно с глубокой древности. Но научное изучение этого явления стало возможным только в конце XIX (тогда и появились термины «флюоресценция» и «люминесценция») и в особенности в XX веке.
  История применения люминесцентных методов для диагностики углеродистых веществ берет начало в 30-х годах XX века. В те годы, благодаря работам С.И. Вавилова и его учеников, люминесцентный анализ начал широко внедряться в разные сферы народного хозяйства и научных исследований. В России, в США и в некоторых других странах для характеристики нефти, нефтепродуктов и некоторых природных битумов стали использовать свечение этих веществ в ультрафиолетовых лучах. В середине 1930-х годов в США люминесцентный анализ был применен при геологопоисковом бурении для сопоставления нефтеносных горизонтов в скважинах.
  В конце 1930-х годов сотрудники Ленинградского горного института В.Н. Флоровская и В.Г. Мелков изучают возможность использования люминесценции рассеянных в горных породах минералов и природных органических веществ для поисков полезных

6

ископаемых. В.Г. Мелков применяет для этих задач люминесценцию урановых минералов, а В.Н. Флоровская находит приемы, позволяющие обнаружить битуминозное вещество, в том числе находящееся в дисперсном состоянии, непосредственно в пробе горной породы, выявляет связь между люминесцентными свойствами этих веществ и их качественной и количественной характеристикой. Эти работы стали началом изучения качественного состава и количественного содержания битуминозных веществ в горных породах. Метод, получивший название люминесцентно-битуминологического, дал начало массовым исследованиям битуминозности горных пород. Он позволил решать задачи непрерывного изучения громадных толщ, вмещающих и покрывающих нефтяные залежи. Работы В.Н. Флоровской были поддержаны академиком С.И. Вавиловым, который помог организовать первую люминесцентно-битумино-логическую лабораторию и представил в Доклады АН СССР статью В.Н. Флоровской «Новый метод обнаружения битуминозных веществ в горных породах» (1941 г.).
   В период Великой Отечественной войны, начиная с 1942 года, люминесцентно-битуминологический метод находит применение при разведке нового нефтеносного района между Волгой и Уралом, известного под названием «Второго Баку». В Татарском геологоразведочном тресте была организована специальная лаборатория, в которой В.Н. Флоровской и В.Г. Мелковым с помощью ультрафиолетовых лучей велись поиски мельчайших следов миграции нефти в десятках поисково-разведочных скважин, а также в почвах и грунтах над нефтеносными структурами. В дальнейшем эта лаборатория, руководимая В.Н. Флоровской, переросла в отдел люминесцентной битуминологии ЦНИЛа Татгеолтреста Наркомнефти СССР. В эти годы разрабатываются методы люминесцентно-битуминологического анализа, с помощью которых удается установить признаки нефтеносности ряда площадей. В результате проведенных исследований были установлены закономерности распространения и распределения признаков нефти в пермских и каменноугольных отложениях Татарии, Башкирии и в керне ряда структур Западной Сибири. Тогда же В.Н. Флоровская совместно с В.Г. Мелковым разрабатывает новые геохимические методы поисков залежей нефти и газа - люминесцентно-битуминологическую съемку и люминесцентно-битуминологический каротаж скважин. Результаты работ этого периода были обобщены в монографии В. Н. Флоровской и В.Г. Мелкова «Введение в люминесцентную битуминологию» (1946 г.).

7

Развитие люминесцентно-битуминологических исследований в СССР в 1950-х - 1960-х годах. Создание люминесцентно-битумино-логического метода поисков месторождений нефти и газа.¹
   В послевоенные годы люминесцентно-битуминологический метод был широко внедрен в практику поисков и разведки нефти и газа.
   С 1945 г. идет дальнейшая разработка метода. Большой объем лю-минесцентно-битуминологических исследований выполняется в Москве под руководством В.Н. Флоровской в люминесцентной лаборатории Государственной специализированной конторз «Нефтегазосъемка» при НИИ геофизических и геохимических методов разведки «Главнефтеге-офизики» Миннефтепрома СССР. Наряду с изучением рассеянной битуминозное™, в лаборатории проводились работы по изучению люминесценции нефти. В 1940-е годы коллектив Лаборатории состоял, помимо заведующей В.Н. Флоровской, из геологов Е.Н. Елизаровой и К.В. Даниленко, техников и лаборантов - С.И Гордеевой, Г. Королевой, М.С Маргаритго, Н.А Прусовой, А.И. Селиванчиковой, 3. Брежневой. С 1949 г. в Лаборатории работали геологи Т.А. Ботнева, Ф.Г. Клячкина, почвовед Г.П. Колпенский.; химики М.М. Михайлова, А.Е. Расницына, А.А. Ильина, Н.Д. Сахновская.
   Люминесцентно-битуминологическим исследованиям для поисков месторождений нефти и газа важное значение придается на уровне Правительства страны. В Приказе по Министерству нефтяной промышленности от 27 сентября 1951 года говорилось: «Научноисследовательские и опытно-производственные работы по разработке люминесцентно-битуминологического анализа и применению его для поисков и разведки нефтяных и газовых месторождений показали практическую ценность этого метода при изучении битуминозно-сти керна скважин, с помощью которого был дан подтвержденный впоследствии бурением прогноз нефтеносности ряда месторождений; при съемке, с помощью которой в ряде районов Северного Кавказа и Поволжья были выделены участки, рекомендованные для разведки; при корреляции нефтяных пластов, с помощью которой в пределах отдельных эксплуатационных площадей Краснодарского края удалось сопоставить между собой промышленные нефтяные горизонты, и при стратификации, с помощью которой удалось расчленить немые толщи (майкопская свита) в Ставрополье и Краснодарском крае». Далее в Приказе обращалось внимание на то, что «несмотря на доказанную практическую ценность и перспективность люминесцентно-битуминологического метода», в области его дальнейшей разработки

¹ Раздел написан совместно с А.И. Селиванчиковой

8

и внедрения имеются серьезные недостатки, которые предписывалось устранить. В частности, шла речь о расширении теоретических и методических работ, планомерном внедрении метода в практику поисково-разведочных работ на нефть и газ, координации в работе существующих лабораторий, необходимости создать и укомплектовать люминесцентно-битуминологические лаборатории в геологоразведочных организациях и ЦНИЛах. Среди поставленных в Приказе задач, были проведение опытно-производственных работ по определению перспектив промышленной нефтегазоносности методами изучения кернов буровых скважин и люминесцентно-битумино-логической съемки, использование метода для корреляции и стратификации разрезов, организация отряда «для люминесцентно-биту-минологического изучения кернов крелиусных и сейсмических скважин с целью прогноза нефтеносности выявляемых геофизическими методами структур».
   Этот Приказ оказал большое влияние на дальнейшее развитие лю-минесцентно-битуминологических исследований в стране. В научноисследовательских институтах и производственных организациях нефтегазовой промышленности были созданы специальные лаборатории, люминесцентно-битуминологическая съемка стала составной частью геохимических поисков нефти и газа; на всех каротажных станциях, обслуживающих бурение, ставились источники ультрафиолетового возбуждения для контроля признаков нефти в керне и шламе.
   В крупнейшем в стране Всесоюзном научно-исследовательском нефтяном геолого-разведочном институте (ВНИГРИ) в Ленинграде создается лаборатория люминесцентных исследований, которую многие годы возглавляла Т.Э. Баранова. Лаборатория ведет исследования в различных районах страны, совершенствует методы анализа.
   С 1953 года во Всесоюзном научно-исследовательском геологоразведочном нефтяном институте (ВНИГНИ) в Москве создается лю-минесцентно-битуминологическая лаборатория, которую возглавила Н.М. Галактионова. В исследованиях участвовали Т.А. Ботнева, В.В. Ильинская, М.М. Михайлова, В.М. Саркисова, Г.П. Колпенский, Е.Н. Елизарова, А.Е. Расницына и другие. Важнейшим результатом работ этой лаборатории в 1950-е годы стало исследование битуминозное™ опорных скважин и обобщение результатов люминесцентно-битуминологических исследований на Европейской территории СССР. С 1957 года во ВНИГНИ создается люминесцентно-спектральная лаборатория, которой заведовала А.А. Ильина. Под ее руководством в лаборатории начаты люминесцентно-спектральные исследования битуминозных веществ, в том числе качественный анализ индивидуаль

9

ных полициклических ароматических углеводородов с применением «эффекта Э.В. Шпольского», а также работы по люминесцентной микроскопии горных пород (Г.П. Колпенский). В 1965 г. лабораторию возглавила Т.А. Ботнева. В лаборатории с помощью люминесцентно-битуминологического метода был обработан обширный материал по различным регионам и типам горных пород, включая современные морские и озерные отложения, усовершенствованы методы анализа.
   Люминесцентно-битуминологические лаборатории были организованы в других городах: в Куйбышеве (Куйбышев НИПИ, руководитель Н.А. Капрова), Ессентуках (руководитель Г.Д. Семина), Ереване (Г. Атанасян), Махачкале (Н.Д. Сахновская), Грозном (И.Н. Суворова), в Пермском филиале ВНИГНИ (И.Г. Калачникова), а также в Краснодаре, Минске, Новосибирске, Иркутске, Абакане и других городах страны. Люминесцентно-битуминологический метод внедрялся также в геологические исследования других стран (Кубы, Китая, Германии, Пакистана, Югославии, Болгарии).
   В связи с широким развитием люминесцентно-битуминологи-ческого метода в 1952 году была проведена Всесоюзная конференция по люминесцентным исследованиям в нефтяной геологии.
   Уже в начале 1950-х годов прошлого века сформировался оптимальный комплекс люминесцентных методов изучения битуминозных компонентов углеродистого вещества, рассеянного в горных породах. В этот комплекс входят: «капельно-люминесцентный анализ» - обнаружение битуминозного вещества в ультрафиолетовых лучах непосредственно в образцах горной породы; «эталоннолюминесцентный анализ» - определение концентрации растворов битуминозных веществ в нелюминесцирующих органических растворителях по яркости свечения путем сравнения с эталонами; «капиллярно-люминесцентный анализ» - качественная характеристика битуминозных веществ по цвету их люминесценции на полоске хроматографической бумаги; «люминесцентно-компонентный анализ» - определение соотношения основных компонентов битуминозного вещества (масел, смол, асфальтенов); «адсорбционнолюминесцентный анализ» - колоночная, тонкослойная или бумажная хроматография. В дальнейшем к этому комплексу добавятся люминесцентная микроскопия битуминозных веществ и тонкоструктурная люминесцентная спектроскопия при низкой температуре («спектроскопия Э.В. Шпольского»).
   Люминесцентно-битуминологический анализ стал основой люми-несцентно-битуминологического метода поисков и разведки нефтяных и газовых месторождений, который включает люминесцентно10