О происхождении нефти

Нефть принадлежит к той группе полезных ископаемых, вопрос о происхождении которых до настоящего времени однозначно не решён. Этот удивительный продукт природы, составляющий основу современной мировой экономики, продолжает оставаться предметом ожесточённых научных дискуссий, которые имеют не только научное, но и огромное практическое значение. На протяжении очень многих лет геологи-практики и учёные-теоретики предлагали различные гипотезы, которые можно свести к двум основным противоборствующим концепциям происхождения нефти — биогенной (органической) и абиогенной (неорганической) и нескольким современным синтетическим комбинациям этих двух направлений.

Мысль о растительном происхождении нефти была впервые высказана М.В. Ломоносовым в его знаменитом сочинении «О слоях земных» в 1763 году и за двести с лишним лет после публикации усилиями учёных многих стран она оформилась в стройную теорию органического (биогенного) происхождения нефти. В 1919 году советский химик-органик Н.Д. Зелинский подверг перегонке органический ил растительного происхождения (сапропель) из озера Балхаш при высоком давлении и температуре. В результате удалось получить бензин, керосин, тяжёлые масла и метан. Этот опыт подтвердил возможность получения углеводородов из органических материалов.

Биогенная теория предполагает, что на протяжении миллионов лет останки морских и наземных растений и животных осаждаются на дне водоёмов, формируя скопления органики. В условиях недостатка кислорода и под давлением новых верхних слоёв осадков органика преобразуется в нерастворимое органическое вещество, которое геологи-нефтяники называют кероген (с др.-греч – «воск рождающий»). Это вещество рассеяно в материнской породе и по мере погружения осадочной толщи на глубину до 5 км под воздействием давления и роста температуры кероген подвергается термическому разложению. Этот глубинный интервал известен как «нефтяное окно» (The oil window) в пределах которого температура и давление достаточно высоки для образования нефти, но не достаточны для полного превращения её в газ.

Нефтяное окно (The oil window), схема образования. Фото: взято из en.wikipedia.org

В результате образуются подвижные углеводороды, составляющие нефть и газ, а в составе нефти появляются специфические органические соединения - порфирины, стераны, терпаны. Все три типа соединений относятся к биомаркерам — молекулам, которые указывают на биологическое происхождение нефти и могут использоваться для геохимических реконструкций, определения условий формирования осадков и других целей. Подавляющее большинство промышленных залежей нефти приурочено к осадочным бассейнам, а не к кристаллическим породам фундамента. Практическое следствие биогенной концепции — представление о невозобновляемости нефтяных запасов в масштабах человеческой цивилизации.

Абиогенная (неорганическая) теория предлагает принципиально иной взгляд. Нефть образовалась из неорганических веществ в условиях высоких температур и давлений на больших глубинах в недрах Земли. В России главным проводником этой идеи был Дмитрий Иванович Менделеев, который в 1877 году предложил карбидную гипотезу. Согласно этой концепции, углеводороды образуются при взаимодействии воды с карбидами металлов (например, железа) в глубинах Земли. Во Франции в этом направлении работал выдающийся химик Марселен Бертло, который разрабатывал идеи неорганического синтеза углеводородов. В 20 веке неорганическую теорию развивали Николай Кудрявцев и другие советские геологи. Во второй половине 20 века популяризатором абиогенной концепции был американский астроном Томас Голд.

Согласно современным представлениям основные положения абиогенной теории сводятся к следующему. Углеводороды синтезируются в верхней мантии Земли на глубинах 50-200 км при температуре 700–1800 К и давлении15–80 кбар. Исходные компоненты — неорганический углерод в форме CO2 или CН4 и водород. Образовавшиеся флюиды углеводородов мигрируют вверх по глубинным разломам в земную кору. По мере подъёма и снижения температуры простые углеводороды (например, метан) могут образовывать более сложные молекулы углеводородов, формируя нефтяные скопления. При этом залежи нефти должны возникать не только в осадочных породах, но и в кристаллических породах фундамента и это было весьма спорным утверждением сторонников абиогенной теории до определённого времени. Подтверждение поступило в 1975 году, когда было открыто крупное нефтяное месторождение «Белый тигр» (Bach Ho, также известное как «Бать Хо») на Вьетнамском шельфе в Южно-Китайском море, где промышленные запасы обнаружены в породах фундамента, сложенного гранитоидами позднемелового возраста.

Нефтяное месторождение «Белый тигр» на карте. Фото: взято из en.wikipedia.org

В 1990-х годах на истощённом Старогрозненском месторождении, где добыча началась в конце 19 века, в некоторых давно законсервированных нефтяных скважинах был зафиксирован приток нефти и их вновь начали эксплуатировать. Отсюда и главное практическое следствие абиогенной концепции — восполняемость запасов.

Грозненские нефтяные промыслы, 1906 год. Фото: взято из en.wikipedia.org

Несмотря на ряд серьёзных аргументов, абиогенная теория не получила широкого признания в мировой геологии. Большинство ученых поддерживают биогенную теорию. Но в последние десятилетия противостояние теорий смягчается. Всё больше исследователей склоняются к полигенетической (смешанной) модели, согласно которой основная масса традиционной нефти имеет органическое происхождение, формируясь в осадочных толщах. Но лёгкие углеводороды (прежде всего метан) могут генерироваться в мантии и поступать в осадочный чехол. Глубинные потоки водорода и других газов могут катализировать преобразование органического вещества в недрах.

Таким образом, вопрос происхождения нефти остаётся открытым. Абиогенная теория очень хорошо объясняет ряд фактов, не вписывающихся в классическую биогенную парадигму, но пока не имеет достаточного количества доказательств, чтобы стать доминирующей.