Если бы вдруг источники нефти и газа неожиданно иссякли, мировая цивилизация оказалась бы на краю катастрофы. Как видим, человек очень зависит от нефти. Особенно остро это почувствовалось в начале 70-х годов текущего столетия, когда разразился «топливный кризис». Отголоском его стало всеобщее увеличение дороговизны жизни в западных странах. Люди попали в еще большую зависимость от нефти. Чтобы освободиться от этой зависимости, человек ищет альтернативный источник энергии, используя энергию ветра, рек, атома, каменного угля. В этом направлении сделаны определенные успехи, однако ближайшие 20–30 лет нефть и газ будут определять «топливное лицо» мира. Невольно возникает вопрос: а хватит ли нам углеводородов? Ведь запасы нефти и газа исчерпаемы и невосполнимы. В некоторых промышленно развитых странах при современном уровне добычи «черного золота» не хватит даже до конца текущего столетия. Успеет ли человек, до того как иссякнут источники нефти и газа, изобрести достойный энергетический заменитель? Человеческий разум упорно бьется над решением этой проблемы.
А тем временем поисковики в различных частях света буравят все новые земли в поисках нефти и газа. Во влажных тропиках Южной Америки, Африки и Индонезии, в полярных морях Арктики, в жарких пустынях Северной Африки, Аравии и Австралии — везде можно увидеть ажурную конструкцию нефтяной вышки, устремленную в небо, а своим тонким и чутким жалом в земные недра. Цель одна — нефть!
На бурение скважин ежегодно тратятся огромные средства. Но прежде надо провести геофизические работы, сделать геологический анализ многих данных, чтобы правильно выбрать объект бурения, а это тоже стоит немалых денег. В этой связи эффективность поисковых работ на нефть и газ приобретает огромное значение. Между тем, несмотря на использование поисковиками современной аппаратуры и техники, коэффициент успешности поиска в среднем находится на уровне 40 %, а это означает, что из 100 пробуренных скважин только 40 дают искомый продукт.
Для правильной ориентации поисковых работ на нефть и газ очень важно знать закономерности размещения в земной коре залежей нефти и газа, а это, в свою очередь, возможно лишь на основе четкого знания о происхождении этих полезных ископаемых. Древнегреческому мыслителю Аристотелю принадлежат слова: «Только тогда можно понять сущность вещей, когда знаешь их происхождение и развитие». В полной мере это применимо и к нефти.
Основоположник отечественной нефтегазовой науки академик Иван Михайлович Губкин придавал этому вопросу первостепенное значение. В своем капитальном труде «Учение о нефти», первое издание которого вышло в 1932 г., он писал: «Только тогда, когда мы будем иметь правильное представление о тех процессах, в результате которых возникает нефть, мы будем знать, каким образом в земной коре образуются ее залежи… и как надлежит наиболее целесообразно организовать ее разведку» [Губкин, 1975, с. 300]. Развивая свою мысль, И. М. Губкин продолжал: «Правильное представление о процессах образования нефти дает нам указание и ответ на вопрос о причинах возникновения разного рода нефтей… здесь лежит ключ к разрешению всех вопросов наиболее правильного использования этого ценнейшего продукта» [Там же]. Слова выдающегося ученого-нефтяника как нельзя лучше отвечают на вопрос: почему необходимо разгадать эту одну из величайших загадок природы — происхождение нефти?
Проблема происхождения нефти не утратила своей актуальности и в наши дни, несмотря на то что дискуссия среди ученых ведется уже почти 200 лет. Труд-по найти в науке такой предмет, который вызывал бы столь жаркие и непримиримые споры, как происхождение нефти. Этой проблеме и посвящена предлагаемая книга. Однако, прежде чем дать ответ на вопрос об образовании нефти, нам необходимо хотя бы кратко рассказать о самой нефти: что она собой представляет, из чего состоит, в каких условиях залегает в недрах Земли?
Нефть — как она есть
Нефть и газ — горные породы. Они относятся к группе осадочных вместе с песками, песчаниками, глинами, известняками, каменной солью и т. д. Мы привыкли считать, что порода — твердое вещество, из которого состоит земная кора и более глубокие недра Земли. Оказывается, что есть и жидкие породы и даже газообразные. Это нефть и газ. Одно из важных их свойств — способность гореть. Таким же качеством обладает и ряд других осадочных пород: торф, бурый и каменный уголь, антрацит. Все вместе горючие породы образуют особое семейство, получившее название каустобиолитов (от греч. «каустос» — горючий, «биос» — жизнь, «литое» — камень, т. е. горючий органический камень). Среди них различают каустобиолиты угольного ряда и каустобиолиты нефтяного ряда, последние называются битумами. К ним-то и относятся нефть и газ.
Все каустобиолиты содержат углерод, водород и кислород, но в разном соотношении. Каустобиолиты угольного типа отличаются явным преобладанием углерода над водородом: для антрацита это соотношение (С/Н) равно 63, для каменного угля — 17 и т. д. Нефти же имеют более уравновешенную пропорцию углерода и водорода, поэтому С/Н у них варьирует обычно в пределах 6–6,5. В каустобиолитах угольного ряда повышено также содержание кислорода по сравнению с нефтями: в буром угле –23,7 %, в торфе — 29,7, а у нефтей — 0,5–1,7 %.
В химическом отношении нефть — это сложная смесь углеводородов и углеродистых соединений, содержащая также кислород, азот, серу и реже другие элементы. Она состоит из следующих основных элементов: углерод (83–87 %), водород (12–14), кислород, азот и сера (1–2), содержание серы возрастает иногда до 6–8 %. В нефтях выделяют углеводородную часть, асфальто-смолистую, парафины, серу и зольную часть.
Первая часть состоит из трех групп углеводородов: метановые (алканы), нафтеновые (циклоалканы) и ароматические (арены). Первые относятся к предельным углеводородам и имеют формулу СnН2n+2.
Метановые углеводороды, или алканы, химически наиболее устойчивы. Если количество атомов углерода в молекуле колеблется от 1 до 4 (СН4—С4Н10), то углеводород представляет собой газ. Если количество атомов углерода от 5 до 16 (С5Н16—C16H34), то это жидкие углеводороды, а если оно выше 16 (С17Н36 и т. д.) — твердые (например, парафин).
Нафтеновые углеводороды, или циклоалканы (СnН2n), имеют кольчатое строение, поэтому их иногда называют карбоциклическими соединениями. Все связи углерода с водородом здесь также насыщены, поэтому нафтеновые нефти обладают устойчивыми свойствами.
Ароматические углеводороды, или арены (СnНn), наиболее бедны водородом. Молекула имеет вид кольца с ненасыщенными связями углерода. Они и называются ненасыщенными, или непредельными углеводородами. Отсюда их неустойчивость в химическом отношении.
Асфальто-смолистая часть нефтей — это темно-окрашенное вещество. Оно частично растворяется в бензине. Растворившаяся часть именуется асфальтеном, нерастворившаяся — смолой. В составе смол содержится до 93 % кислорода от общего его количества в нефтях.
Порфирины — особые тетрациклические азотистые соединения органического происхождения. Считают, что они образовались из хлорофилла растений и гемоглобина животных. Интересно, что при температуре 200–250 °C порфирины разрушаются.