Недра нашей планеты имеют сферическое строение и напоминают матрешек, вложенных одна в другую. По особенностям прохождения в недрах упругих колебаний, вызываемых искусственным пли естественным путем, они делятся на три основные оболочки (рис. 2): земную кору (А), мантию (В, С, D', D'') и ядро (Е, F, G).
Слоистое строение земных недр — результат длительного и сложного процесса дифференциации земного вещества, начавшегося 4,5 млрд лет назад и продолжающегося в наши дни.
Все известные залежи нефти и газа связаны с земной корой, с ее осадочным слоем. Причем распространены они не повсеместно, а приурочены к определенным структурам коры. В геологии под структурой понимают обособленные участки коры, отличающиеся определенным сочетанием состава и условий залегания слагающих их пород. Это научное определение структур, а другими словами, это геологические тела, имеющие естественные границы и обладающие специфическими свойствами горных пород, которыми они сложены. К этим свойствам относятся прежде всего вещественный состав пород и особенности залегания их пластов в пространстве. Основные отличительные черты геологических структур кроются в их происхождении и, что самое главное, в различной истории развития. В свою очередь, это определяется разнонаправленными и разноинтенсивными движениями, преобразующими строение земной коры и получившими название тектонических. Поэтому-то основные типы структур удобно выделять по степени их подвижности во времени.
Наиболее подвижные структуры — геосинклинали. Для них характерны интенсивные вертикальные и горизонтальные движения, повышенная сейсмичность и вулканизм. Геосинклиналь — это арена максимального проявления сил внутренней динамики Земли. Согласно классическим представлениям, геосинклиналь в своем развитии проходит две основные стадии: интенсивного прогибания и горообразования. По мере завершения развития геосинклинали на ее месте возникают новые структуры — орогены, или горно-складчатые области, выраженные в рельефе местности горными странами. По сути дела, орогены можно рассматривать как геосинклиналь на заключительной стадии развития. Однако образование гор может происходить и вне геосинклиналей. В последние 20–25 лет ученые обнаружили на дне океанов протяженные срединно-океанические хребты, геологическая природа которых еще неясна.
С течением времени интенсивность внутренних процессов резко понижается, это результат истощения энергии в глубоких недрах Земли. Тектонические движения, столь активные для геосинклиналей и орогенов, слабеют, уменьшается их амплитуда, замедляется скорость роста горных хребтов. Эрозионные процессы, протекающие на поверхности, начинают стачивать горы, все более и более нивелируя рельеф. Разрушение хребтов продолжается до тех пор, пока на месте высокогорных стран не возникнет полого всхолмленная равнина — пенеплен. Такая равнина уже не испытывает в дальнейшем интенсивных тектонических движений, присущих геосинклиналям и орогенам. Прогибание идет медленно с небольшой амплитудой. Данный участок земной коры закончил свое геосинклинальное развитие и перешел в платформу. Таким образом, развитие земной коры на протяжении последних, по крайней мере, 2 млрд лет можно рассматривать как постепенный и последовательный исторический процесс отмирания геосинклинального режима и замены его на платформенный.
В основании каждой платформы лежат магматические и метаморфические породы, сформировавшиеся в геосинклинальный период развития. Они сильно дислоцированы, т. е. смяты в складки, разбиты трещинами. Геосинклинальный комплекс составляет фундамент, или цоколь, платформы. На нем практически горизонтально залегают осадочные породы (пески, глины, известняки, каменная соль и т. д.), накопившиеся на платформенном этапе развития. Они образуют платформенный (осадочный) чехол.
В зависимости от особенностей дальнейшего геологического развития плиты дифференцируются на крупные поднятия (антеклизы) и обширные депрессии (синеклизы).
Теперь, когда мы познакомились со строением земных недр и ее самой верхней оболочки — земной коры, можно перейти к рассмотрению тех условий, которые определяют процесс накопления в коре нефти и газа. Единичные скопления этих полезных ископаемых называются залежью, а их совокупность, приуроченная к единой геологической структуре, — месторождением[1]. Чтобы образовалась залежь или месторождение, необходимо благоприятное сочетание определенных условий (коллекторы, покрышки, ловушки, миграция).
Коллекторы — любые проницаемые горные породы, в которых возможно движение природных флюидов под влиянием гравитационных сил или нормальных градиентов давлений, существующих в верхней части земной коры. Однако если бы вся толща осадочных пород состояла из коллекторов, то нефть и газ не смогли бы скопиться в залежь. Они поднимались бы вверх, пока не достигли бы дневной поверхности и не испарились. Следовательно, необходимым условием накопления залежи является присутствие в осадочной толще пласта или пластов непроницаемых для нефти и газа пород — своеобразных экранов (флюидоупоров), способных задержать вертикальное движение флюидов к поверхности Земли. Такие практически непроницаемые породы получили название покрышек. Обычно ими бывают глины, каменная соль, гипсы, а иногда известняки и мергели, не нарушенные трещинами.
Допустим, что у нас есть проницаемый пласт, по которому движутся флюиды нефти или газа, имеется хорошая глинистая покрышка, способная удержать эти флюиды. Будет ли образовываться залежь? Нет, оказывается этого еще тоже недостаточно. Необходимо наличие ловушки — особой формы пласта, попав в которую нефть и газ оказываются как бы в тупике. Здесь-то постепенно и накапливаются эти продукты и образуется залежь. В прошлом веке в качестве ловушек рассматривали крупные пустоты типа пещер или же системы крупных трещин. Сейчас уже доподлинно известно, что никаких подземных нефтяных озер нет. И нефть и газ находятся в многочисленных порах и мелких трещинах, пронизывающих горные породы. А ловушками являются особые формы этих пористых пластов-коллекторов. Обычно ловушки делятся на структурные и неструктурные. Типичный пример первых — антиклинальные складки и тектонические экраны, вторых — стратиграфическое несогласие, литологическое выклинивание и погребенные рифы (рис. 3).
Рис. 3. Типы ловушек для нефти и газа
а — антиклинальная; б — солянокупольная (диапировая); в — тектонически экранированная; г — стратиграфическая; д — литологическая; е — погребенный риф; 1 — непроницаемые породы типа глин (покрышки); 2 — проницаемые породы типа песков или песчаников (коллекторы); з — непроницаемые известняки; 4— проницаемые известняки; 5 — каменная соль; 6 — залежи нефти; 7 — залежи газа; 8 — линии тектонического нарушения
По типу ловушки обычно классифицируют и сами залежи нефти и газа, т. е. выделяют сводовые залежи (приуроченные к антиклиналям), тектонически экранированные, стратиграфические, литологические, рифогенного типа и смешанные.
Миграция нефти и газа — важнейшее условие формирования месторождений. Миграция происходит в проницаемых породах вместе с подземной водой, которая обычно насыщает поровое пространство. Перемещение нефти и газа по пласту может происходить в растворенном или свободном состоянии. Растворителем обычно бывает вода. Ее растворяющие способности улучшаются в пластовых условиях при больших давлениях и температуре. Как мы узнаем в дальнейшем, растворяющая способность подземных вод сравнительно невелика. Тем не менее подземная гидросфера формирует своеобразный накопитель газов, в том числе и углеводородных. По оценке Л. М. Зорькина, только в подземных водах нефтегазоносных бассейнов нашей страны растворено более 4000 трлн м3 углеводородных газов, а глобальные ресурсы газов в пластовых водах осадочного слоя коры (до глубины 4 км) составляют 1,5×1017 м3.
1
Правильнее было бы называть ее местоскоплением (по предложению профессора А. А. Бакирова), так как нефть здесь не рождается, а скапливается, проделав до этого определенный путь под землей.