Тайны образования нефти и горючих газов - Михаил Калинко

Общее количество воды, содержащейся в недрах Земли, огромно, оно достигает 0,5 млрд. км3, т. е. около трети воды морей и океанов (1,5 млрд. км3). Подземные воды, как правило, движутся (только в отличие от поверхностных) с весьма незначительными скоростями, заметными в масштабе геологического времени.

Интересно распределение температуры в недрах. На суше сезонные колебания температуры отражаются до глубин 15-25 м, где они обычно равны среднегодовой температуре воздуха. Исключения составляют вулканические области и зоны поступления глубинных вод, где даже у поверхности земли температура может достигать 100°С, а на глубинах нескольких десятков или сотен метров и 200°С. Ниже глубины 20-25 м температура начинает возрастать в среднем на 1°С через каждые 30 м, но в отдельных регионах (в Ставрополье, Западной Сибири, Средней Азии и др.), температура увеличивается быстрее - на 1°С через 15-25 м, а в других (на Кольском полуострове, в районе Курской магнитной аномалии и др.), температура повышается на 1°С лишь через 60-100 м. В зависимости от широты местности и темпа возрастания температур обычно на суше на глубине 1 км температура составляет 20-40°С, на глубине 3 км - 40-60°С, 4 км - 70-90°С, 5 км - 100-120°С. Подо дном водных бассейнов температура начинает возрастать почти сразу от поверхности дна, сначала обычно с небольшой интенсивностью, а затем почти так же, как и в недрах суши.

Давление воды, нефти и газа в недрах возрастает с глубиной примерно на 1 кг/см2 через каждые 10 м глубины и в среднем на глубине 1 км составляет 100 кг/см2, на глубине 2 км - 200 кг/см2 и т. д. Но это в среднем. Обычно в пределах нефтяных и особенно газовых месторождений эти давления выше средних величин.

Рассмотрим теперь деятельность вулканов и сходных с ними образований, называемых вулканоидами.

Извержение вулканов, как одно из наиболее ярких проявлений подземных сил, нередко с человеческими жертвами, издавна привлекало внимание всех исследователей. Достаточно вспомнить извержение Везувия, вызвавшее трагедию Помпеи в 79 году, извержение Страмболи и другие. Поэтому вулканам посвящены работы естествоиспытателей всех времен.

Много десятков лет коллектив Института вулканологии Дальневосточного центра Академии наук СССР вулканы Камчатки и всей северозападной части Тихоокеанского кольца.

В течение 30 лет занимается вулканами всех стран света французский исследователь Гарун Тазиев - прекрасный популяризатор вулканологии, опубликовавший весьма увлекательные книги[4].

Изучаются Этна, Везувий, вулканы Японии, Индонезии, Гавайских островов и т. д. В результате исследований установлено, что очаги извержений обычно располагаются на глубине 8-10 км (рис. 16), где находятся камеры, содержащие расплавленную магму. Магма поступает в них из зон, расположенных на глубине более 30 км. На рисунке видно, как вулканический канал пересекает породы палеозоя, мезозоя и кайнозоя.

Рис. 16. Глубинное строение района Камчатки РЭ - докембрий, PZ - палеозой, MZ - мезозой, KZ - кайнозой

Вблизи действующих или в районах потухших вулканов наблюдаются так называемые вулканоиды, представляющие собой небольшие холмы или, наоборот, депрессии, из которых на поверхность выходят горячие воды, газ, грязь. В составе поступающих газов преобладают водяные пары и двуокись углерода; содержатся и другие компоненты: сернистый ангидрит, водород, изредка метан и др.

Вулканоиды, образовавшиеся в результате поступления флюидов от горячих магматических тел, внешне весьма сходны с вулканоидами другого типа - грязевыми вулканами, встречающимися в некоторых нефтегазоносных областях как у нас в стране (в Азербайджанской ССР, на Таманском и Керченском полуостровах, на Сахалине), так и в других странах (на острове Тринидад, в Индии, КНР и др.).

В результате многолетних исследований, начатых еще академиком И. М. Губкиным, установлено, что грязевые вулканы образуются в результате прорыва и затем постоянного или периодического поступления углеводородных газов на поверхность. Вместе с газом поступает и вода, которая, размывая глины, образует "грязь", также выходящую на дневную поверхность (рис. 17). Вместе с этими компонентами поступают на поверхность и незначительные количества нефти.

Рис. 17. Предполагаемый геологический разрез через грязевой вулкан Люк- Батан Залежи: 1 - нефти, 2 - газа, 3 - сопочная брекчия исследует

Грязевые вулканы являются своеобразными "редукционными клапанами", которые снимают излишнее давление газа в недрах.

Глава IV. Месторождения нефти и природных горючих газов: их строение, распространение и методы поисков

Месторождения...

Чем шире проводятся геологические исследования и чем более глубоко и детально производятся анализы, тем чаще обнаруживаются нефти и природные горючие газы или их следы. Пожалуй, не будет преувеличением утверждение о том, что на Земле нет таких осадочных пород, в которых где-либо не встречены те или иные количества нефти и особенно горючих газов. Точно так же можно утверждать, что не существует ни одного континента или очень крупного острова, в пределах которых не было бы нефти и горючих газов. Наконец, результаты бурения в акваториях позволяют считать, что подо дном всех без исключения морей и океанов содержатся горючие газы (в основном метан) и довольно часто нефть.

Однако сказанное выше не означает, что в любом месте можно заложить буровую скважину и получить нефть и горючий газ. Дело в том, что они могут встречаться в различных концентрациях, а газ и в различном состоянии. Так, например, нефть в виде отдельных капель может быть рассеяна в мощных толщах пород, а газ встречается и в виде отдельных пузырьков, и в растворенном в воде и в сорбированном отдельными минералами состоянии.

Но как в песне: "одна дождинка - еще не дождь", так и одна капля нефти или один пузырек газа в породах еще не месторождение. Вероятно, правильнее месторождениями нефти и газа называть такие участки территорий или акваторий, в пределах которых имеются заметные скопления этих ископаемых. Скопления могут быть промышленными, т.е. такими, которые целесообразно разрабатывать добывать нефть и газ, и непромышленными, в применении к которым это делать экономически невыгодно. Добывать нефть или газ из непромышленных месторождений нецелесообразно по различным причинам: либо количества получаемых в скважинах этих полезных ископаемых столь невелики, что не оправдывают затрат на бурение скважин и организацию добычи, либо общие количества нефти и газа в месторождении небольшие и организация их добычи нерентабельна.

Вполне понятно, что разделение месторождений нефти и газа на промышленные и непромышленные зависит от многих факторов: близости потребителя, железной и других дорог, количества и качества нефти и газа, глубин их залегания и т.д. Поэтому месторождения, которые в одних областях по объемам содержащихся в них нефти и газа или по дебитам скважин являются непромышленными, в других областях и районах страны могут быть промышленными. Так, например, промышленные месторождения в Западной Сибири должны содержать гораздо больше нефти, чем промышленные месторождения на Кавказе или на Украине, или иметь гораздо большие дебиты скважин. Это же относится и к морским месторождениям.

К описанию месторождений мы еще вернемся, а пока рассмотрим, как же залегают в них нефть и газ. Надо сказать, что до сих пор нередко можно встретиться с представлением о том, что нефть в недрах под поверхностью земли, так же как вода на поверхности, образует реки и озера. Помнится, когда начали добывать нефть в районах Волго-Урала и в то же время снижалось количество добываемой нефти в районе Баку, многие обыватели объясняли это снижение тем, что "нефтяную реку" перехватили в районе Волго-Урала.

Конечно, все эти представления неверны, что станет понятным, когда мы рассмотрим условия залегания нефти и газа в недрах. Совершенно очевидно, что нефть и газ как и любая материя, должны находиться в пространстве. Рассмотрим, каким же может быть это пространство на глубине. Для этого в первую очередь надо определить, что представляют собой те горные породы,

которые слагают верхнюю часть земной коры и в которых чаще всего встречаются нефть и газ. Рассмотрим сначала песок. Представим себе, что он состоит из правильных сферических частиц одинакового объема. Расчеты показывают, что в зависимости от плотности укладки эти частицы могут занимать чуть больше половины (52,4%) или три четверти (74,2%) объема всей горной породы, а остальное пространство - свободное, составляющее от 25,8 до 47,6% породы, приходится на поры, в которых могут находиться любые жидкости и газы (рис. 18). Это значит, что теоретически в каждом кубическом метре песка может содержаться от 0,26 до 0,47 м3 нефти.