Контрольная работа по "Геологии"

В основе органической, биогенной  теории нефтеобразования лежит представление  о происхождении нефти из биогенного органического вещества подводных (субаквальных) осадочных отложений. Этот процесс, по мнению сторонников  органической теории, носит стадийный  характер. Нефть представляет собой продукт превращения органического вещества.

Уже давно было установлено, что большинство осадочных отложений  морского (субаквального) происхождения  содержит определенное количество рассеянных органических веществ: остатки растительного и животного мира. В количественном отношении органическое вещество осадочных отложений составляет от граммов на 1 м³ породы в соленосных отложениях до 6 кг на 1 м³ в горючих сланцах. В глинах содержание органического вещества (ОВ) составляет 300-500 г на 1 м³, в алевролитах – 200 г на 1 м3, в известняках – 250 г на 1 м³ породы. Кларковое значение органического вещества принимается 400 г на 1 м³ породы. Различают органическое вещество сапропелевого типа и гумусового типа. Если накопление и изменение органического вещества происходит под водой при недостаточном доступе воздуха, оно сводится к процессу перегнивания, возникают углеводы. Это гумусовые вещества (главная часть почвы). Если же изменение органического вещества происходит под водой, без доступа кислорода, то происходит процесс гниения – это восстановительный процесс в химическом отношении (еще Потонье назвал «медленную перегонку»). И.М.Губкин писал в своей книге «Учение о нефти», что «мелкие застойные бассейны являются типичными районами отложения органического вещества углеводородного состава. В огромных количествах здесь развиваются сине-зеленые водоросли, мелкие членистоногие и другой планктон. Умирая, последние вместе с остатками других растений падают на дно бассейна, образуя мягкий, иногда мощный слой органического ила, который называется «сапропель» (гнилой ил).

Накопления сапропеля, отмечает Губкин, происходит в прибрежных частях морей (в лагунах, лиманах). Сапропель  при сухой перегонке дает до 25% по весу жирных, похожих на нефть  масел (Учение о нефти. 1975. С. 26).

Нефтеобразование –  сложный процесс, который происходит в недрах Земли за большой промежуток времени. Мы видим только фиксированные  результаты – в виде залежей и  месторождений нефти. Эти процессы происходили в нефтематеринских свитах. Нефтематеринскими являются самые разнообразные отложения, формировавшиеся под водой и содержащие рассеянное органическое вещество не ниже кларкового. Наиболее высокопотенциальные нефтематеринские отложения – это глинисто-карбонатные образования, содержащие сапропелевое органическое вещество в количестве почти на порядок выше кларка – это так называемые доманикиты. Они присутствуют во всех системах фанерозоя, отмечаются в докембрийских толщах, они прослеживаются на разных континентах на одних и тех же стратиграфических уровнях. Наиболее значительные по масштабам накопления органического вещества отмечены на границе венда-кембрия, в конце девона – начале карбона, в конце юры – начале мела. Величина органического вещества за счет продукции фитопланктона (растительный планктон, обитающий в воде на глубинах 100-200 м, «блуждающий» зоопланктон – в основном фораминиферы с известковой раковиной, радиолярии и т.д.) в мировом океане составляет 18 млрд т в год.

Первичная жизнь зародилась на Земле 3,5 млрд лет назад.  
В кембрийской эпохе в водной оболочке Земли уже были разнообразные формы жизни. В раннем палеозое огромные пространства Земли были заняты океанами и морями, животный мир был представлен беспозвоночными организмами и водорослями. Уже в силуре органический мир начал осваивать сушу, появились первые наземные растения.

Наиболее благоприятные  условия для развития жизни в  водоемах находятся в интервале  глубин 60-80 м. Это шельфовая часть  подводных окраин континентов. Накопление органического вещества в водоемах зависит от типа бассейна – океан ли это, озеро или эпиконтинентальное море. В отложениях внутриконтинентальных морей, от берега дальше в направлении центра, содержание органического вещества нарастает. Считается, что 50% всего органического вещества приходится на подводные окраины континентов. Как отметил в своей книге «Учение о нефти» академик Губкин , наилучшие условия для накопления органического вещества имеются в прибрежных частях морей (в заливах, бухтах, лиманах, в открытом море недалеко от берега), где осадконакопление идет в пресной и в соленой воде, где идет борьба между морем и сушей, где происходит чередование отложений: осадки глинистого характера, содержащие богатый органический материал, сменяются песком. В этой части бассейна отлагаются те отложения, которые являются нефтематеринскими. «Как мы видим теперь, родина нефти не в пресноводных бассейнах, не в болотах, а в областях древних мелководных морей, их заливах и прочих частях...» (Губкин И.М. Учение о нефти. 1975. С. 335).

В основе всего живого лежат 6 элементов: углерод С; кислород О; фосфор Р; водород Н; азот N; сера S. Основными биохимическими компонентами живых организмов являются белки; углеводы, липиды, лигнин, целлюлоза, причем углеводы и белки составляют 90% живого организма.

Обогащенные органическим веществом нефтематеринские толщи  погружаются, попадают в область  высоких температур и давлений.

Академик Губкин написал  также в своей известной книге, что нефтеобразование идет стадийно. На стадиях седиментогенеза и  диагенеза формируются нефтематеринские и газоматеринские осадки, формируется исходное органическое вещество. На первой стадии в органическом веществе осадков происходят биохимические процессы, в результате которых возникает «кероген» – нерастворимое органическое вещество (для большинства наших ученых кероген – это органическое вещество в целом, для зарубежных ученых под керогеном понимается часть органического вещества, нерастворимая в органических растворителях). Образуется много газообразных продуктов, но они рассеиваются. Часть газа растворяется в воде и захороняется и при повышенных концентрациях может представлять интерес для промышленной добычи (в водах острова Киву в одном из рифтовых озер Африки, в глубоководной части содержатся 50 млрд м3 метана). В Японии из плиоцена и плейстоцена, в пластовых водах которых много метана, производится добыча газа, в составе которого метана – 90-97%, углекислого газа – 1-8%, азота – 0,5-3%, но, в целом, на этой стадии нефти пока нет.

Дальнейшее погружение приводит к тому, что нефтематеринские породы попадают в зону катагенеза (катагенез – это изменение осадочных пород в условиях повышенных температур и давлений), где происходит образование от исходного органического вещества газообразных (углекислый газ, метан, сероводород, аммиак) и жидких продуктов углеводородов.

В 1967 г. Н.Б.Вассоевич выступил с утверждением, что нефтеобразование происходит на стадии среднего катагенеза при глубине отложений 2-3 км и  температуре 80-150ºС. Он назвал этот интервал «главной фазой нефтеобразования», в которой решающим фактором является температура. Это наиболее оптимальные условия нефтеобразования. За рубежом этот интервал называют «нефтяным окном».

Газообразование – более  распространенный процесс и происходит с разной интенсивностью на стадиях диагенеза и катагенеза.

Еще В.А.Соколов в 1948 г. выделил в осадочных отложениях сверху вниз несколько зон по их способности к нефтегазогенерации. 
 
Зона I – глубина 0-150 м – биохимическая. Характеризуется развитием биохимических процессов в органическом веществе с выделением газов.  
 
Зона II – глубина 1-1,5 км – переходная. Биохимические процессы затухают. 
 
Зона III – глубина от 1,5 до 6 км – термокаталитическая. Самая важная для нефтеобразования. 
 
Зона IV – глубина 6 км и более – газовая. В ней образуется преимущественно метан.

Указанные Соколовым  глубины были ориентировочные, но они  свидетельствовали о намечаемой вертикальной зональности в распределении  месторождений углеводородов в осадочной толще.

Итак, процесс нефтеобразования согласно органической теории – стадийный. На стадиях осадконакопления и диагенеза (становления осадка) формируются нефтегазоматеринские породы, обогащенные органическим веществом. На стадии катагенеза реализуются потенциальные возможности нефтегазоматеринских пород генерировать газ, нефть, конденсат. Процесс начинается с образования газа, которое сопутствует нефтеобразованию и завершает его.

Процесс интенсивного образования  нефти Н.Б.Вассоевич назвал Главной  фазой нефтеобразования, а глубинный  интервал – Главной зоной нефтеобразования (ГЗН). Температура в Главной зоне нефтеобразования – 60-150ºС. Такие температуры в среднем существуют на глубинах 2-4 км, в зависимости от геотермического градиента. При температуре 150ºС из керогена интенсивно генерируются нефть, конденсат и жирный газ.

А.Э.Конторович подсчитал, что в Главной зоне нефтеобразования из одной тонны органического  вещества сапропелевого типа образуется 37 кг битумоида, а в случае гумусового типа – 16-19 кг.

Ведущими факторами  превращения нефтематеринских пород  в нефтепроизводящие являются температура, давление, геологическое время и тектонические движения. Под действием этих факторов происходит катагенез.

Погружение нефтематеринских пород до глубин с температурой 200-300ºС приводит к тому, что кероген генерирует метан. Нижняя зона метанообразования не установлена, бурением подошвы этой зоны, по мнению французских ученых Б.Тиссо и Д.Вельте , не может быть достигнута.  
 
Таким образом, на основании вышесказанного можно сделать следующие выводы: 
 
1. Органическая теория происхождения нефти считает первым доказательством нефтеобразования за счет органического вещества приуроченность месторождений нефти и газа к осадочным бассейнам. Причем имеется связь между запасами нефти и газа с объемом нефтегазоматеринских отложений, находившихся в очаге генерации. 
 
2. Второе доказательство связи нефти с живым веществом – присутствие в нефти реликтовых углеводородов, или хемофоссилий, которые являются биологическими маркерами между нефтью и исходным органическим веществом.  
 
3. Оптическая активность или способность нефти вращать плоскость поляризованного света связана с присутствием в молекуле асимметричного атома углерода, все валентности которого насыщены различными атомами или радикалами, что свойственно только биологическим системам.  
 
Получается, что на сегодня органическая теория происхождения нефти лучше аргументирована, чем неорганическая, но все же вопросы происхождения нефти, миграции, аккумуляции, формирования месторождений являются нерешенными, дискуссионными в силу наличия совершенно противоположных мнений.

   Наиболее последовательной  является минеральная (карбидная)  гипотеза Менделеева. Менделеев  доказывает, что при образовании  нефти главным остатком разложения  является  уголь, а в Пенсильвании  и Канаде нефть встречается  в девонских и силурийских пластах, угля не заключающих. Из животного жира нефть также не могла произойти, так как они бы дали много азотистых соединений, которых мало в нефти. Причем запасы нефти огромны, и для их образования потребовалось бы много жиров. Менделеев полагает, что вода, проникая глубоко в землю и встречая там углеродистое железо, реагирует с ним и дает окислы и углеводороды (пары нефти). Они поднимались до холодных слоев и давали нефть и, если не было бы препятствий, поднимались бы на поверхность. Сторонники органической концепции признают, что  Менделеевым «впервые серьезно и научно был поставлен вопрос о генезисе нефти».

   В 1950 г. профессор Кудрявцев  выдвинул магматическую гипотезу  образования нефти. Кудрявцев  считает, что в мантии Земли  при высокой температуре образуются углеводородные радикалы СН, СН₂ и СН₃. Вследствие перепада давления они перемещаются ближе к земной поверхности. В результате понижения температуры радикалы реагируют между собой и с водородом, образуя большое количество простых и сложных углеводородов. К ним примешиваются углеводороды, полученные из окиси углерода и водорода. Дальнейшее движение углеводородов, обусловленное огромным перепадом давлений и разностью давлений нефти и воды, происходит по заполненным водой трещинам и приводит их на поверхность или в ловушки (часть природного резервуара, в которой может установиться равновесие между газом, нефтью и водой).

   Существует и космическая  гипотеза неорганического происхождения  нефти. Согласно данной гипотезе, Земля при остывании и формировании ее как планеты захватила водород из первичной газовой материи. Этот водород, перемещаясь по глубинным разломам на поверхность, вступает в реакцию с углеродом жидкой магмы и образует нефтяные углеводороды.

   Неорганическая концепция,  так же как и органическая, опирается на наблюдения. Так, известно около 30 залежей нефти, приуроченных к изверженным и метаморфическим породам. Подсчитано, что ежегодно вулканы выбрасывают около 3,3´10⁵ т углеводородов.

   Для доказательства карбидной  теории на чугун действовали соляной и серной кислотами, и был получен водород и смесь углеводородов, имеющих запах нефти.

   В настоящее время господствующей  является органическая концепция.  Она отличается большей стройностью,  зрелостью и завершенностью суждений. В рамках неорганической концепции существует несколько гипотез, подчас взаимоисключающих друг друга.

Заключение

Природное полезное ископаемое - нефть - представляет лишь исходный материал, из которого на заводах и фабриках получают разнообразные вещества, необходимые для развития областей природного хозяйства, а также веществ, применяемых в домашнем обиходе. Нефть ценна не только, как источник энергии, но и в большей степени, как сырье для производства пластических масс, синтетических волокон, каучуков и д.р

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

   В проблеме рационального  использования нефти (и газа) большое значение имеет повышение коэффициента их полезного использования. Одно из основных направлений здесь предполагает углубление уровня переработки нефти в целях обеспечения потребности страны в светлых нефтепродуктах и нефтехимическом сырье. Другим эффективным направлением является снижение удельного расхода топлива на производство тепловой и электрической энергии, а также повсеместное снижение удельного расхода электрической и тепловой энергии во всех звеньях народного хозяйства.

Список литературы