Геология, поиски и разведка месторождений нефти и газа (стр. 12 )

Другая ветвь превращений углеродных соединений начинается с ассимиляции СО2 в результате фотосинтеза. При этом, из окисленной формы углерод за счет энергии света переходит в восстановленную, запасая энергию. Все последующие превращения происходят с потерей энергии и уменьшением количества органического вещества. Процесс происходит по двум возможным циклам малому и большому (рис. 1.19).

Рис. 1.19. Основные циклы органического углерода на Земле (по Вельте)

Заимствовано из работы «Геология и геохимия, 2000.

На самых заключительных стадиях метаморфизма углерод переходит в инертную форму – графит.

В работе этого механизма с необходимостью участвует кислород, а весь свободный кислород планеты имеет биогенное происхождение. Так как он плохо растворим в воде, он идет в атмосферу, увеличивая его содержание уже на границе докембрия – кембрия до величин, сопоставимых с современным. Живые существа не только производят кислород, но и потребляют его. В биосфере проходит реакция nCO2 + nH2O ↔ (СН2О)n + nO2. Слева направо реакция идет как фотосинтез, справа налево – как дыхание, горение, гниение. Увеличение содержания кислорода в атмосфере (то есть смещение равновесия), как известно из курса химии, возможно только при удалении одного из продуктов реакции – захоронения восстановленного, то есть не окисленного органического вещества.

Возраст древнейших пород, в которых найден углерод заведомо органического происхождения (по соотношению изотопов 12С и 13С) - это возраст древнейших осадочных пород. Временем 3,4 млрд. лет датируются первичные микроорганизмы(?) – цианобактерии (сине-зеленые водоросли) - то есть это время зарождения жизни и возникновения источника молекулярного кислорода. Примерно 2 млрд. лет назад биосфера «вывернулась наизнанку» – вместо кислородных оазисов вокруг скоплений живых организмов появились анаэробные «карманы». Тогда же содержание кислорода в атмосфере достигло 1% от современного (точка Пастера). Именно с этой пороговой концентрации энергетически выгодным для жизни становятся не реакции брожения, а реакции окисления. Начинается необратимое отравление (с точки зрения анаэробов) атмосферы кислородом. В течение протерозоя мир постепенно становится аэробным (рис. 1.16).

Роль жизни как планетного геологического фактора в наиболее последовательной форме раскрыл замечательный русский ученый, основоположник геохимии . Он писал «…Вещество биосферы благодаря им <космическим и солнечным лучам> проникнуто энергией; оно становится активным, собирает и распределяет в биосфере полученную в форме излучений энергию, превращает ее, в конце концов, в энергию в земной среде свободную, способную производить работу... Жизнь является великим, постоянным и непрерывным нарушителем химической косности поверхности нашей планеты. Можно говорить о всей жизни, о всем живом веществе как о едином целом в механизме биосферы, хотя только часть его – зеленая, содержащая хлорофилл растительность – непосредственно использует солнечный луч, создает через него фотосинтезом химические соединения, неустойчивые в термодинамическом поле биосферы при умирании организма, или при выходе из него. С этой зеленой частью непосредственно и неразрывно связан весь остальной живой мир.” Зеленые растения составляют основание трофической пирамиды “Дальнейшую переработку созданных ею химических соединений представляет все вещество животных и бесхлорофильных растений… Можно рассматривать всю эту часть живой природы, как дальнейшее развитие одного и того же процесса превращения солнечной световой энергии в действенную энергию Земли. Часть живого вещества не возвращается сразу же после гибели организма назад в биосферу, а захоранивается”. В результате “Мы имеем здесь дело с новым процессом – с медленным проникновением внутрь планеты лучистой энергии Солнца, достигшей его поверхности. Этим путем живое вещество меняет биосферу и земную кору… Вся земная кора целиком, на всю доступную нашему наблюдению глубину изменена этим путем… Скопления этих органических веществ являются очагами огромной потенциальной энергии, “погребенными лучами Солнца…”

* * *

Таким образом, живое вещество, зародившись на заре истории Земли, создало кислородную атмосферу, что позволило стратегии жизни перейти от анаэробных форм к значительно более эффективным, аэробным. Улавливая, пропуская через себя, восстанавливая и концентрируя углерод, живое вещество планеты создает, таким образом, концентрированные сгустки энергии в виде скоплений месторождений горючих ископаемых.

1.7.5. Ритмы и ранги в земной коре.

Нет столь великой вещи, которую не превзошла бы величиной еще большая. Нет вещи столь малой, в которую не вместилась бы еще меньшая. Козьма Прутков

Рассматривая окаменевшую летопись Земли – стратиграфический разрез - можно видеть, что он состоит из отдельных слоев, фиксирующих отдельные акты накопления осадка. Отдельные слои объединяются в толщи, сложенные повторяющимися ритмами, характеризующими условия осадконакопления. Если накапливающиеся ритмы имеют сходный состав, мы говорим, что скорость прогибания территории (или подъем воды мирового океана) примерно соответствует скорости накопления осадка (компенсированное прогибание). Когда породы вверх по разрезу становятся более глубоководными, это свидетельствует о некомпенсированном прогибании. И та и другая ситуация соответствует трансгрессии (наступлению) моря. В тех случаях, когда породы вверх по разрезу представлены все более мелководными разностями, это свидетельствует об обмелении бассейна осадконакопления – регрессии (отступлении) моря, или переполнении бассейна осадконакопления слишком большим количеством сносимого с суши материала.

В геологических разрезах встречаются закономерно чередующиеся регрессивные и трансгрессивные серии. Любой геологический разрез состоит из различных пород, и его неоднородность проявляется на разных масштабах его изучения и обусловлена цикличностью смены условий осадконакопления.

Вспышки тектонической активности и обогащение атмосферы углекислым газом, приводят сначала к расцвету растительной жизни, стоящей в основании трофической пирамиды, затем атмосфера перенасыщается кислородом, становится холоднее (уменьшается парниковый эффект), органический мир скудеет, и продукты его жизнедеятельности и отмершие остатки могут быть быстро захоронен благодаря разрушению гор, образованных в результате тектонической активности. В результате возникают максимумы нефтеобразования (это одна из моделей взаимосвязей тектоно-органических циклов нефтегазообразования).

Какой бы отрезок времени, и какую территорию ни взять, мы найдем системы наложенных друг на друга больших и малых ритмов. Поднятия сменяются погружениями. Как окаменевшие волны застыли в недрах Земли складки, разломы образуют периодически сети. На локальном уровне конкретного месторождения (например, Усть-Балыкского) периодичность тектонической активности проявляется в следующем: на месторождении встречаются 7-10 участков, где с интервалом 2 – 3 года, или 5 - 6 лет происходят аномалии (по интенсивности и импульсивности) проявления современных напряженно – деформационных процессов, протекающих в земной коре вплоть до земной поверхности. С этими геодинамическими аномалиями связаны изменения дебитов скважин (30-40%), аварии, связанные со сломом обсадных колонн или их искривлением (более 60%), порывы трубопроводов различного назначения (76-94%). Выявление закономерностей в периодичности этих процессов по времени и территории позволяет их прогнозировать (Касьянова,1999).

Познание закономерностей распределения этих периодов и использование их в целях нефтегазовой геологии даст в руки геологов мощный инструмент прогноза.

1.8. Нефть и газ в недрах Земли.

1.8.1. Нефть, газ, газогидраты.

Их химические и физические свойства.

Нефти, газы и продукты их преобразований, находящиеся в недрах Земли, представляют собой сложную систему, растворены друг в друге органических компонентов, включающих до 900 индивидуальных веществ. Нефть - маслянистая, часто смолистая жидкость, как правило, окрашенная примесями в различные цвета, флюоресцирующая на свету.

Основные химические элементы, из которых состоит нефть - 83-87 % углерода (С), 12-14 % водорода (Н), до 7% серы (S). Сера обычно присутствует в виде сероводорода, или меркаптанов. Она встречается не часто, но является очень вредной примесью, так как усиливает коррозию металлов и вредна для людей. Также в нефтях присутствует до 1,7% азота – совершенно безвредного газа. В виде разнообразных соединений встречается до 3.5 % кислорода. В очень небольших количествах в нефтях обнаружены металлы – ванадий, никель, железо, свинец.

Соединения (минералы) нефти чрезвычайно разнообразны. Они могут формировать цепочки разной длины. Такие углеводороды называются - парафиновые (предельные, или углеводороды метанового ряда - метан, этан и т. д.), имеющие общую формулу СnH2n+2, где n число атомов углерода. Парафиновые углеводороды бывают нормальные и изопарафины (образующие не цепи, а решетки) Рис. 1.21. При n от 1 до 4 парафиновые углеводороды являются газами, при n от 5 до 15 – жидкостями, а при больших цепочках твердыми веществами – парафинами.

H H H H H I I I I I Н – С – С - С – С – С – Н I I I I I H H H H H	H H H H I I I I Н – С – С -----– С –-С– Н I I I I H H H С H I H
н – Пентан	Изопентан

Рис. 1.21. Примеры структуры углеводородов парафинового ряда.

Температура плавления парафинов при нормальных давлениях – 50-60ºС. В пласте парафины обычно находятся в растворенном состоянии, но при разработке могут выпадать в виде кристаллов, закупоривая поры, и создавая другие проблемы при эксплуатации залежи.