Происхождение нефти

Размещено на http://www.allbest.ru/

«Происхождение нефти»

Содержание

Введение

1. Значение проблемы происхождения нефти

2. Органическая теория происхождения нефти

3. Неорганическая теория происхождения нефти

4. Происхождение нефти с точки зрения тектоники плит

5. Полигенез нефти

Заключение

Список используемой литературы

Введение

Нефть--природная маслянистая горючая жидкость со специфическим запахом, состоящая в основном из сложной смеси углеводородов различной молекулярной массы и некоторых других химических соединений. Относится к каустобиолитам (ископаемое топливо).

Нефть начали добывать на берегу Евфрата за 6-4 тыс. лет до нашей эры. Использовалась она и в качестве лекарства. Древние египтяне использовали асфальт (окисленную нефть) для бальзамирования. Нефтяные битумы использовались для приготовления строительных растворов. Нефть входила в состав “греческого огня”. В средние века нефть использовалась для освещения в ряде городов на Ближнем Востоке, Южной Италии. Вначале XIX века в России, а в середине XIX века в Америке из нефти путем возгонки был получен керосин. Он использовался в лампах. До середины XIX века нефть добывалась в небольших количествах из глубоких колодцев вблизи естественных выходов ее на поверхность. Изобретение парового, а затем дизельного и бензинового двигателя привело к бурному развитию нефтедобывающей промышленности.

Подавляющая часть месторождений нефти приурочена к осадочным породам. Цвет нефти обычно чисто-чёрный. Иногда варьирует в буро-коричневых тонах (от грязно-жёлтого до тёмно-коричневого, почти чёрного), изредка встречается нефть, окрашенная в светлый жёлто-зелёный цвет, и даже бесцветная, а также насыщенно-зелёная нефть. Имеет специфический запах, также варьирующий от лёгкого приятного до тяжёлого и очень неприятного. Цвет и запах нефти в значительной степени обусловлены присутствием азот-, серо- и кислородсодержащих компонентов, которые концентрируются в смазочном масле и нефтяном остатке. Большинство углеводородов нефти (кроме ароматических) в чистом виде лишено запаха и цвета.

На протяжении XX века и в XXI веке нефть является одним из важнейших для человечества полезных ископаемых.

Нефть обнаруживается вместе с газообразными углеводородами на глубинах от десятков метров до 5--6 км. Однако на глубинах свыше 4,5--5 км преобладают газовые и газоконденсатные залежи с незначительным количеством лёгких фракций. Максимальное число залежей нефти располагается на глубине 1--3 км.

1. Значение проблемы происхождения нефти

Нефтеобразование - стадийный, длительный процесс образования нефти из органического вещества осадочных пород (остатков древних живых организмов), согласно доминирующей биогенной (органической) теории происхождения нефти. Данный процесс занимает десятки и сотни миллионов лет. В XX веке определенную популярность, особенно в СССР, имела гипотеза абиогенного происхождения нефти из неорганического вещества на больших глубинах в условиях колоссальных давлений и высоких температур, однако подавляющее большинство доказательств свидетельствует в пользу биогенной теории. Абиогенные гипотезы не позволяли делать эффективных прогнозов для открытия новых месторождений

Нефть и её производные используются людьми в течение многих тысяч лет, а представления о происхождении нефти развиваются два тысячелетия. В первой половине 18 века появилась гипотеза об органическом происхождении нефти. Впервые её высказал М.В. Ломоносов в работе «О слоях земных» (1733), а затем - немецкий ученый И. Генкель и французский ученый Б. де Молье. М.В. Ломоносов за исходное вещество нефти принимал каменный уголь, а И. Генкель и Б. де Молье - погребённые остатки растений и животных. В начале XIX века немецкий ученый А. Гумбольт предложил первую гипотезу о глубинном неорганическом происхождении нефти. Таким образом, к концу XIX века чётко сформировалось два подхода к решению данной проблемы: органический и неорганический, которые уже тогда имели различные варианты.

Сложность проблемы происхождения нефти и газа связана и с их специфическим свойством - способностью мигрировать в земной коре вместе с пластовыми водами. О месте рождения нефти и газа можно судить только по косвенным признакам. На этом основании А.А. Бакиров и его последователи совершенно справедливо называют выявленные месторождения УВ местоскоплениями. Подводя итоги разработки проблемы происхождения нефти и газа Ю.И. Пиковский отметил, что весь ХХ век геологи вели интенсивные исследования в этой области, но в конце нашего столетия, как и на его пороге, существуют две различные концепции - органическая и неорганическая. При этом сторонники этих концепций убеждены в том, что проблема решена однозначно.Проблема происхождения нефти и газа является одной из сложных и до конца не решенных в естествознании, несмотря на 150-летний период изучения этого вопроса. Сейчас продолжают оставаться равновероятными две альтернативные гипотезы о происхождении нефти и газа. К настоящему времени обе рассмотренные гипотезы достаточно научно обоснованы и экспериментально подтверждены. Вопрос состоит лишь в том, в какой мере проявляется их относительная роль в формировании конкретных месторождений. А в этом вопросе главными становятся два других из перечисленных ниже условий образования залежей нефти и газа.

2. Органическая теория происхождения нефти

Сущность теории. К ней относятся достаточно серьезные ученые, среди которых академик В.И Вернадский-основатель современной биохимии нефти. В своих работах он утверждал, что только организмы могут являться исходным веществом для образования нефти.

Аналогичной позиции придерживался академик И.М Губкин, выпустивший в 1932 году книгу «Учение о нефти». В ней он рассматривал в качестве исходного материала уже знакомый сапропель - ил растительно-животного происхождения.

Ученый предполагал, что органические остатки, накапливаемые в море, под влиянием анаэробных бактерий постепенно создают мощный пласт, который под действием тектонических перемещений и новых наносов подвигается вглубь. По мере погружения в нем возрастает температура и давление, что приводит к процессу катагенеза и преобразованию органических остатков в нефть.

Катагенез - это процесс преобразования сформировавшейся в результате завершения процесса диагенеза осадочной породы с участием воды за счёт постепенного повышения температуры и давления в результате погружения осадочной породы на глубину до более 9 км, где участие воды в процессе преобразования породы изменяется (участками прекращается) и начинает осуществляться стадия метагенеза или метаморфизма.

Именно эта позиция ученого является основополагающей современной гипотезы органического происхождения нефти. Кроме того, активные исследования нашего времени доказали, что накопление органики и образование нефти происходит не только в океане, но и в континентальной зоне.

Органическая теория - 5 стадий образования нефти

По предположению ученых-органиков в процессе образования нефть проходит пять стадий:

· Попадание органических веществ и небольшого количества углеводорода в осадок, образованный в море или другом водоеме.

· Уплотнение и обезвоживание накопленного на дне осадка, в процессе которого происходит частичное разложение веществ с выделением сероводорода, диоксида углерода, аммиака и метана.

· Постепенное затухание биохимических процессов, которое происходит в результате относительно невысокой температуры земных недр (?50°С). При этом небольшая скорость реакций определяет низкую концентрацию битумов и нефтяных углеродов. При образовании газа преобладающим компонентом становится диоксид углерода.

· Погружение осадка на глубину 3-4 км и соответствующее повышение температуры до 150°С. На этом этапе происходит процесс отгонки нефтяных углеводов из органического вещества в пласт и образование промышленных залежей нефти.

· С понижением глубины (до 4,5 км) и повышением температуры (выше 180°С) органические вещества прекращают образовывать нефть, продолжая при этом генерирование газа.

Позднее эта теория менялась и варьировалась, но суть теории такова -органический материал, преобразованный сначала в уголь, а потом в нефть. В осадочных породах всегда содержится очень незначительное количество органического вещества (всего 0,2--0,9%). Изучение его состава показало, что оно состоит из веществ, напоминающих жироподобные вещества, содержащиеся в остатках растений на дне морей. А по своему молекулярному строению похоже на соединения, входящие в состав нефти. Благодаря этому некоторые учёные считают доказанной возможность образования углеводородов нефти из липоидов, белков и углеводов, которые входили в состав животных организмов.

Биогенная концепция происхождения нефти объясняет основные особенности распространения и состава нефти:

-- более 99 % месторождений нефти и газа сосредоточено в осадочных горных породах, т. е. в породах, образовавшихся из донных отложений древних водных бассейнов, в которых развивалась жизнь;

--осадочные породы (глины, песчаники, известняки и др.) характеризуютсяширокимраспространениемдисперсныхбитуминозныхвеществ ("диффузно-рассеянной нефти"), близких по составу к обычной нефти. Общее количество рассеянной нефти в осадочной оболочке Земли намного превышает общее количество нефти в месторождениях;

-- в нефтегазоносных регионах залежи нефти и газа стратифицированы, т. е. вкаждомрегионеприуроченывосновномкпластамгорныхпородопределенного возраста;

-- химический состав нефти в месторождениях и состав рассеянной нефти в горных породах имеют многосходных черт с составом живого вещества: в них присутствуют биомолекулы или их фрагменты (изопреноиды, порфириныидр.), часть которых обусловливает оптическую активность нефти, присущую живому, и т. д.

Доказательство в пользу органической теории. В 1921 г. японскому учёному Кобаяси удалось получить искусственную нефть при перегонке жира рыб без давления, но в присутствии катализатора -- ускорителя реакции. Подобные опыты были проведены и другими исследователями. Это натолкнуло их на мысль, что такими катализаторами в природных условиях могут быть глины, содержащие вещества-катализаторы, и что в глинистых толщах рассеянное органическое вещество превращается в нефть. Поэтому такие глинистые толщи получили название «нефтепроизводящие», или «нефтематеринские».

Основными доказательствами в пользу органической теории выступают такие положения:

· Основные месторождения нефти и газа совпадают с крупнейшими зонами распространения осадочных пород.

· В составе природной нефти зафиксировано наличие элементов органического происхождения.

· Кроме того, строение молекул природной нефти более свойственно веществам, имеющим биогенное происхождение.

Недостаток. Биогенная концепция происхождения нефти не представляет собой единую законченную теорию. В ее рамках по сей день остаются дискуссионными наиболее принципиальные вопросы:

· Стадии литогенеза, с которыми связано, в основном, нефтеобразование;

· Источники энергии для синтеза нефтяных углеводородов из керогена;

· Механизм собирания рассеянных углеводородов в скопления;

· Формы и энергия миграции нефти в горных породах;

· Происхождение типов нефти и другие.

На все эти вопросы биогенная концепция пока не дает однозначных ответов: большинство решений имеют альтернативы.

3. Неорганическое происхождение нефти

нефть менделеев образование

Карбидная гипотеза Д. И. Менделеева. Согласно гипотезе неорганического происхождения нефти (абиогенная гипотеза) углеводороды образовались в результате превращения неорганических соединений. Еще в 1805 г. немецкий ученый А. Гумбольдт утверждал, что нефть происходит из примитивных горных пород, под которыми покоится энергия всех вулканических явлений. В 1876 г. французский химик М. Бертло, искусственно синтезировав углеводороды из неорганических веществ, высказал предположение, что нефть образовалась в недрах Земли из минеральных соединений.

В 1876 г. русский ученый Д. И. Менделеев изложил свою «карбидную» гипотезу образования нефти, согласно которой вода, просачиваясь в недра Земли и взаимодействуя с карбидами металлов, в частности железа, под воздействием высоких температур и давления образует углеводороды и соответствующие оксиды металлов. Подтверждением абиогенной теории служили опыты по получению водорода и ненасыщенных углеводородов при воздействии серной кислоты (H2S04) на чугун, содержащий значительные количества углерода. В 1878 г. французские ученые, обрабатывая соляной кислотой (НС1) зеркальный чугун и водяными парами железо при белом калении, получили водород и углеводороды, которые даже по запаху напоминали нефть.

Значительный вклад в развитие гипотезы о неорганическом происхождении нефти внес известный ленинградский геолог-нефтяник Н. А. Кудрявцев. В 1950-е годы, обобщив огромный геологический материал о нефтяных и газовых месторождениях мира, он создал свою магматическую гипотезу происхождения нефти, по которой в мантии Земли при высоких температуре и давлении из углерода и водорода сначала образуются углеводородные радикалы, которые, поднимаясь в слои земной коры (в области более низких температур и давлений), взаимодействуют друг с другом и с водородом, превращаясь в нефть. Перемещаясь как вертикально, так и горизонтально в породе по трещинам, образовавшаяся нефть скапливается в ловушках не только в верхних слоях Земли, но и в глубине. Эти представления Н. А. Кудрявцева подтверждаются все большей глубиной (более 10 км) бурения нефтяных скважин.

Основным доказательством своей теории, химик считал результаты опытов, проведённых в лаборатории. Кроме того, положения данной гипотезы подтверждают исследования астрофизиков, доказавших наличие углеводородов в космосе. Но «карбидная» гипотеза не объясняет появления всех углеводородов разнообразного строения, которые имеются в нефти.

Магматическая(вулканическая) гипотеза. Близкие взгляды на неорганическое происхождение нефти защищал ЮджелКост (1905), считая, что нефть образуется в магматических очагах и выделяется с газовыми эманациями при вулканических извержениях. Толчком для развития вулканической гипотезы Ю. Коста послужили проявления метана в вулканических газах, битуминозные вещества в пепле вулканов (Везувий), а также нефтепроявления в кристалических породах. Э. Штебер (1914), предвосхищая разработку процесса получения искусственного бензина, полагал, что из H2, СО и СО2, выделяющихся из магматических очагов, на значительных глубинах получаются газообразные и жидкие углеводороды. Образование нефтяных месторождений он связывал с закупоркой жерл грязевых вулканов и накоплением жидких и газообразных углеводородов в их аппарате под большим давлением, с последующим проникновением их в соседние складки. Э. Штебер ошибочно считал, что во всех нефтегазоносных районах имеются или имелись грязевые вулканы.

Основные положения:

· Из грязевых вулканов за время их существования выделилось и продолжает выделяться столько углеводородных газов, что источником последних могут быть только глубокие недра Земли. Глубинное происхождение газов и сопровождающей их нефти подтверждается тем, что в Керченско-Таманских вулканах они выносят пары ртути, а в некоторых вулканах углеводородные газы сменяются углекислыми.

· Соотношение между нормальными и изо-углеводородами, наблюдающееся в нефтях, показывает, что температура их образования достигала нескольких сот градусов Цельсия; такой температуры в осадочном покрове не наблюдается; соотношения же, рассчитанные для невысоких температур, не наблюдаются ни в одной нефти (А.Ф. Добрянский).

· Нефтяные битумы и углеводородные газы нередко с нефтяным запахом широко распространены в металлических рудниках на кристаллических щитах, а также в жерлах потухших вулканов и в трубках взрыва.

· Закономерности распространения нефти в нефтеносных районах указывают на тяготение ее к фундаменту, т. е. на поступление ее в осадочную толщу из фундамента. Это подтверждается тем, что нефть и газ иногда в больших количествах обнаруживаются в фундаменте в десятках нефтеносных районов.

· Как в осадочной толще, так и в кристаллическом фундаменте (Межовка, Новосибирская обл.) встречаются залежи углекислого газа с нефтью или растворенным в нем нефтяным конденсатом.

· Нефть и углеводородные газы генетически связаны с глубинными разломами и приурочены к опустившимся по ним участкам земной коры. Образовавшиеся в зонах разломов в результате дифференцированных движений отдельных блоков фундамента антиклинальные поднятия в осадочной толще являются ловушками, в которых аккумулируются нефть и газ, поднимающиеся из глубоких недр по разломам.

Космическая гипотеза. Наряду с вулканической гипотезой происхождения нефти русский геолог В. Д. Соколов в 1889 г. выдвинул космическую теорию, согласно которой газовый сгусток постепенно переходил в жидкую фазу, а содержащиеся в нем углеводороды (соединения углерода с водородом) растворялись в жидкой магме, превращающейся по мере охлаждения в твердую земную кору, по трещинам в которой углеводороды поднимались в верхние ее слои, образуя скопления нефти и газа.

Уже в наше время, объединив вулканическую и космическую гипотезы в единое целое, новосибирский исследователь В. А. Сальников предположил, что в результате столкновения спутника с Землей активизировалась вулканическая и горообразовательная деятельность. Миллиарды тонн вулканического пепла и грязевые потоки завалили в глубоких недрах Земли принесенные из космоса углеводороды, где под действием высоких температур и давлений они превратились в нефть и газ.

Гипотезы неорганического происхождения нефти объединяет идея неорганического синтеза сложных компонентов нефти из С, Н2, СО, СО2, СН4, Н2О и других простейших углеводородистых соединений, содержащихся либо в земной коре или в мантии, либо в космосе.

Образование залежей, согласно этой гипотезе, происходило следующим образом:

· В эпоху генезиса Земли, углеводороды являлись частью первичного вещества нашей планеты (или же сформировались на первых этапах её генезиса в условиях высоких температур).

· Под воздействием охлаждения первичного вещества, углеводороды смешивались с остывающей магмой и постепенно поднимались в её составе по разломам к земной коре, задерживаясь в осадочных породах.

Основной недостаток гипотезы заключается в том, что она не может объяснить ни географическое, ни геологическое распределение запасов нефти и газа, а также восполнение их в современном мире.

4. Происхождение нефти с точки зрения тектоники плит

Согласно положениям литосферно-океанической теории (ЛОТ), особенно высокие давления (при высоких температурах) характерны для локальных и глобальных паровых взрывов в астеносфере во время прорыва туда больших масс океанической воды через рифтовые щели (а также стыки плит, находящихся в положении субдукции) при лунносолнечных приливах литосферы или при вертикальных подвижках плит земной коры от таяния великих ледников.

По нашему мнению, неправы обе гипотезы: и биогенная, и абиогенная. В то же время, с позиций ЛОТ обе гипотезы по-своему правы. Нефть действительно частично образовалась из останков органики (как и утверждает биогенная гипотеза происхождения нефти), но образовалась она из этой самой органики глубоко под землёй в астеносфере, как правильно отметили создатели абиогенной гипотезы.

Согласно постулатам ЛОТ, нефть образуется при паровых взрывах. Нефть и газ, до того сконцентрировавшиеся в верхней части астеносферы, т.е. под литосферой, по вновь образованным при глобальном взрыве и старым разломам литосферы под высоким давлением устремлялись вверх, частью выходя в атмосферу, частью внедрялась в полостях кристаллического фундамента и порах пластов осадочных пород. При охлаждении в пластах земной коры легкие углеводороды (метан и ряд других) становились природным газом, более тяжёлые углеводороды превращались в нефть.

Обычно газ и нефть были в смеси, смесь углеводородов могла быть самого причудливого состава, чем и определялись сорта нефти различных месторождений. Масштабы будущих месторождений нефти определялись расположением разломов вблизи крупных скоплений астеносферных углеводородов, проходного сечения литосферных разломов, прочностью и непроницаемостью нефтяных ловушек в земной коре.

Когда давление было достаточно велико, а жесткость пласта достаточно мала, он выгибался в свод - в так называемую антиклиналь. Проходили десятки, иногда сотни тысяч и миллионы лет. В старых, разрушающихся месторождениях, когда летучие фракции постепенно уходили в атмосферу, давление ослаблялось, антиклиналь становилась все более пологой, порой превращаясь в синклиналь. Нефть очень старых (но не старее временных рамок фанерозоя) месторождений при этом становилось все более «тяжёлой», и со временем превращалась в асфальты, битумы и сланцы.

Наибольшее количество углерода (основного элемента биоты) на поверхности Земли находится в Мировом океане. Больше всего его содержится в углекислом газе. А непосредственно органического вещества в морской воде в сто раз больше, чем в осадках на дне морей. Становится понятно, откуда мог взяться тот исходный органический материал, из которого в астеносфере при температуре около 1200°С и при давлениях мощнейших взрывов шел генезис нефти. Исходное органическое вещество бралось из своего самого ёмкого источника - из прорывавшихся в астеносферу через рифты и субдукционные стыки литосферных плит огромных масс морской воды.

Нефть и газ располагаются там, где литосфера наиболее тонкая, т.е. под океаническим дном, под низменностями суши, равнинами и горными распадками. Под горными массивами литосфера резко утолщается, и астеносферной нефти там не может быть.

Под океанами литосфера значительно тоньше и образует как бы своеобразный свод, куда из массива астеносферы, т.е. верхней, очень своеобразной части верхней мантии «всплывают» образовавшиеся при гидротермальных взрывах океанической воды в недрах астеносферы биогенные и абиогенные углеводороды. Под континентами толщина литосферы значительно возрастает, и углеводородов там мало, только в разломах и околоразломных пустотах осадочных и коренных пород. Под горными массивами ничего нет, но в межгорных низинах, близ горных разломов и сбросов могут быть неплохие месторождения

Определим количество углеводородов, образовавшихся в астеносфере из органики и углекислого газа, поступавших туда с океанической водой за период позднего фанерозоя (после Гондванского оледенения). В итоге получим 239 триллионов тонн. Такое количество углеводородного сырья образовалось в астеносфере за 180 млн. лет, прошедших со времени первой гондванской катастрофы, и сконцентрировалось в верхних слоях астеносферы под горячим сводом литосферы.

Обнаружение слоя углеводородов астеносферы снимет на очень долгий срок проблему нехватки углеводородного сырья. Сделаем подсчёты: сейчас во всем мире потребляется в год около четырёх миллиардов тонн нефти и газа. Разделим вычисленные нами 239 триллионов тонн на пять миллиардов тонн в год, получим около 48 тыс. лет. На столько лет хватит людям нефти и газа. Того, что открыто в месторождениях земной коры, как известно, хватит на пятьдесят, от силы сто лет.

5. Полигенез нефти

С привлечением теории Т. Куна обоснована точка зрения, что в этой области знания сегодня происходит научная революция. На смену конкурировавшим в нефтегазовой геологии органической и минеральной теориям приходит новая нефтегазовая парадигма, которая считает нефть и газ возобновляемыми полезными ископаемыми планеты. Теоретической основой новой нефтегазовой парадигмы является разработанная автором биосферная концепция нефтегазообразования.

Она связывает нефтегазообразование с современным геохимическим круговоротом углерода и воды через земную поверхность, при котором нефть и газ являются его обязательными продуктами, а их скопления представляют собой ловушки циркулирующего через поверхность углерода, пополняемые при эксплуатации месторождений. В рамках новой парадигмы биосферная концепция принципиально решает проблему происхождения нефти и газа. Концепция непротиворечиво объясняет основные наблюдаемые факты. Согласованно решает ключевые балансовые проблемы круговорота углерода.

Обобщает органическую и минеральную теории генезиса нефти и газа. Выявляет важную роль в образовании газонефтяных углеводородов круговорота воды. Помогает установить ранее неизвестный физико-химический механизм синтеза углеводородов в земной коре, а также открывает возможность технологически влиять на образование нефти и газа в недрах.

Заключение

Сегодня единого мнения о происхождении нефти по-прежнему нет. И хотя большинство учёных всё же склоняются в сторону органической гипотезы, новейшие исследования ставят под сомнение и эту позицию. Актуальность проблемы заставляет геологов, химиков и других специалистов усиленно работать над изучением вопроса о происхождении углеводородов нефти, выдвигать новые гипотезы и находить подтверждение классическим теориям.

В последние годы углеводороды нефти широко используют как источник химического сырья. Различными способами из них получают вещества, необходимые для производства пластмасс, синтетического текстильного волокна, синтетического каучука, спиртов, кислот, синтетических моющих средств, взрывчатых веществ, ядохимикатов, синтетических жиров и т.д.

Нефть останется в ближайшем будущем основой обеспечения энергией народного хозяйства и сырьем нефтехимической промышленности. Здесь будет многое зависеть от успехов в области поисков, разведки и разработки месторождений. Но ресурсы нефти в природе ограничены. Бурное наращивание в течение последних десятилетий их добычи привело к относительному истощению наиболее крупных и благоприятно расположенных месторождений.

Список используемой литературы

1. https://ru.wikipedia.org/wiki/Заглавная_страница;

2. http://www.studfiles.ru;

3. Черников К. А., Ариетов М. Г. и др. Словарь по геологии нефти и газа. - М.: «Недра». - 1988;

4. Иванова М. М., Чоловский И. П. и др. Нефтегазопромысловая геология. - М.: «Недра». - 2000. - 414 с.;

5. Кельман Г. А., Болтыров В. Б. Основы геологии. - М.: «Недра». - 1985;

6. Жданов М. А. Нефтегазопромысловая геология и подсчет запасов нефти и газа. М.: «Недра». - 1981;

7. Запивалов Н.П. Флюидодинамические модели залежей нефти и газа Н.П. Запивалов, И.П. Попов. - Новороссийск: Изд-во СО РАН, 2003.

8. Абрикосов И. Х., Гутман И. С. Общая, нефтяная и нефтепромысловая геология. М., 1982.

Размещено на Allbest.ru