Из чего и как образуется нефть?

Задумывались ли вы когда-нибудь об этом? В геологическом сообществе еще в прошлом веке не утихали споры о происхождении нефти. Ученые поделились на 2 лагеря: одни отстаивали неорганическую концепцию, а вторые, соответственно, органическую. К настоящему времени биогенное происхождение доказано экспериментально: в нефти обнаружено множество биомаркеров — соединений, которые унаследовали структуру органических молекул. Практически все геологи стали придерживаться органической теории происхождения нефти. Но из кого же образовалось столько нефти, ведь на данный момент ее запасы составляют более 250 миллиардов тонн? Неужели здесь замешаны огромные динозавры? Попробуем с этим разобраться.

Нефть, как и все углеводороды, является звеном глобального круговорота углерода, но выступает в роли консерванта. То есть она временно выпадает из общего круговорота, в то время как остальной углерод органического происхождения постоянно перемещается между оболочками земли и живыми организмами. Изначально выделяющийся растениями в процессе фотосинтеза, он перемещается от организма к организму в пищевых цепях и выделяется обратно в форме углекислого газа в атмосферу во время дыхания или при разложении отмершей органики.

Все органические соединения при доступе кислорода пытаются сгореть, то есть, углерод переходит в диоксид углерода, при этом лишь изредка в форме согревающего пламени костра, бензина или напалма. Чтобы «выжить», органическому веществу необходимо быть наиболее устойчивым или поскорее оказаться в бескислородных условиях.

Если же ему удалось попасть в благоприятные условия в земной коре, то из него образуются горючие ископаемые, но какие именно, будет зависеть от исходного вещества. Из высшей растительности (мхов, хвощей, папоротников, различных семенных) на суше в болотах образуется торф, который в последующем превращается в уголь. В морских условиях остатки высшей растительности после преобразований в горных породах на глубинах 2-4 км от дна водоема или суши сгенерируют природный газ. Для образования же нефти необходимо, чтобы исходным органическим веществом выступали представители низшей растительности – фитопланктон, бактерии, реже зоопланктон.

Цепочка процессов трансформации органического вещества

В их состав входит повышенное содержание липидов и жиров, которые наиболее устойчивы и по своей структуре приближены к углеводородам нефти. В настоящее время главными источниками живого вещества для образования нефти являются диатомовые водоросли, динофлагелляты и цианобактерии (синезеленые водоросли), которые повсеместно обитают в приповерхностном слое морей и океанов.

Главной особенностью низшей растительности является её очень высокая биопродуктивность, то есть скорость генерации биомассы за единицу времени. Низшая растительность составляет всего 0,2% от общемировой биомассы растений нашей планеты, но именно на нее приходится 60% годовой продукции. Однако практически вся морская биомасса сосредоточена в верхнем освещенном слое воды – эуфотическом слое, а объем планктонной биомассы зависит прежде всего от количества питательных веществ, газового состава вод, температуры и солености.

Быстро отмирая, организмы постепенно погружаются на дно. Уже в толще воды их белки и углеводы расщепляются до аминокислот и сахаров, идет процесс активного окисления и разрушения молекул, поэтому мелководные бассейны предпочтительнее для сохранности органического вещества. Важнейшим фактором, защищающим вещество от губительного кислорода, выступает размер минеральных частиц, образующих осадок, в котором захоранивается биомасса. Чем они мельче, тем лучше сохранится органика.

Малый размер тонких глинистых чешуек способствует увеличению площади, на которой может концентрироваться и удерживаться органическое вещество. В последующем эти чешуйки соединятся (сцементируются), и между ними останется множество очень маленьких несвязанных между собой пор, частично заполненных живым веществом. Это позволит прекратить доступ кислорода из водной толщи, а значит, спасет от окисления.

Напротив, в песчаниках повсеместно встречается огромное количество пор, в которых свободно циркулирует вода, окисляя накопившиеся органическое вещество до углекислого газа, из-за чего в песчаниках не образуется нефть. Хоть в мировом океане органического вещества образуется больше, чем привносится обломков горных пород с суши, но в осадке в среднем доля органического вещества составляет менее 0,5%. Поэтому нефть формируется только в тех слоях осадочных горных пород, во время образования которых существовали благоприятные условия для жизни (глубина, количество пищи, освещенность и т.д.), при этом сток твёрдых частичек минералов был минимальным, а при захоронении органическое вещество смогло избежать губительного окисления.

Но образование нефти произойдет несколько позже, на относительно большей глубине (2-4 км) и только после того, как выше этого слоя образуется новый осадок, а температура превысит 60 °C. До этого рыхлым морским отложениям предстоит трансформироваться в горную породу: область такого превращения называют зоной диагенеза. В ней выделяется две части: верхняя, обладающая окислительной обстановкой в условиях доступа свободного кислорода, и нижняя, которой соответствует анаэробная восстановительная среда.

Главными агентами разрушения органического вещества в двух зонах выступают аэробные и анаэробные бактерии. Первые окисляют вещество до углекислого газа с выделением воды, а вторые — до метана, воды и водорода, который будет очень важен в последующих процессах. В условиях диагенеза уже изменяются и наиболее стойкие группы — липиды. В результате органические вещества в нефтегазоматеринской породе преобразуются в гумин, который в последующем трансформируется в нерастворимую часть органических вещества — кероген.

В геохимии горючих ископаемых выделяют 3 типа керогена по атомарным отношениям водорода и кислорода к углероду. Нефть формируется из керогена с повышенным содержанием водорода. Такими являются керогены I и II типа, которые образованы преимущественно или полностью из органического вещества низшей растительности.

Вид керогена различных типов под микроскопом и фрагменты его структуры

Если в горной породе к моменту попадания в главную зону нефтеобразования (температуры 60-180 °C) содержание органического углерода, представленного в породе в виде растворимых и нерастворимых веществ, превышает 0,2 %, то такая порода сможет произвести нефть. В пределах этой зоны происходят процессы химического преобразования керогена, из него выделяются растворимые группы органических соединений: масла, смолы и асфальтены. В результате их смешения и растворения в пустоты между минеральными частицами и керогеном выделяется микронефть, которая по своему составу и свойствам наиболее приближена к нефти, добываемой людьми из земных недр. Совместно с водой микронефть разорвет горную породу и по образовавшимся трещинам начнет перемещаться в верхние слои. И уже в местах скопления, или залежах, микронефть превратится в нефть.

Обобщая вышесказанное, можно заключить, что, разумеется, идея об образовании нефти из огромных динозавров несостоятельна. Своему появлению она обязана огромному множеству мельчайших обитателей верхнего слоя мирового океана, отвоевавших углекислый газ, в совокупности с удачным стечением обстоятельств, которые позволили их остаткам выжить в агрессивной среде.

Автор: Сергей Вахрамеев

Источник