Тайны образования нефти и горючих газов

Калинко Михаил Кузьмич

В течение длительного времени в водных бассейнах существовали только одноклеточные простейшие организмы, которые то бурно развивались, распространяясь на огромных просторах океанов и морей (ведь еще не было экологических систем, регулирующих численность организмов), то в огромных количествах погибали под влиянием изменений температуры и солености вод и других факторов, так как не имели еще механизмов, регулирующих их температуру, и защитных приспособлений. Потребовался почти миллиард лет, в течение которых благодаря естественному отбору в организмах выработались различные защитные приспособления, произошла их дифференциация.

При последующем метаморфизме пород архейского возраста остатки и отпечатки живых организмов были почти полностью уничтожены. Однако следы разрушения органического вещества, накапливавшегося в архейских породах, все же удается обнаруживать по включениям графита, широко распространенного в архейских гнейсах, сланцах и особенно мраморах (см. ниже).

В послеархейское время благодаря значительному Увеличению мощности

земная кора стала менее проницаемой для магмы, сформировались крупные жесткие Участки - щиты, сложенные в основании сильно дислоцированными архейскими породами. Отложившиеся на этих щитах осадки впоследствии не испытывали интенсивного воздействия высоких температур и давлений, не подвергались метаморфизму. В водных бассейнах резко изменились условия осадкообразования: почти всегда в осадках вместе с минеральной частью стали захороняться и органические остатки либо в виде обрывков тканей, микроскопических телец (спор, пыльцы растений и др.), либо в виде мельчайших частиц (рассеянное органическое вещество), пленок и растворов. В отдельные эпохи организмы столь бурно развивались, что захороняемые на дне водоемов осадки оказывались почти целиком сложенными их остатками (коралловые постройки, раковинки пелеципод, радиолярий и др.), продуктами их жизнедеятельности (комочки железа, меди, конкреции марганца и др.) или, наконец, оставшимся от них органическим веществом (торф, горючие сланцы и др.).

Нельзя не отметить исключительную насыщенность организмами отдельных частей земной поверхности. Так, в настоящее время в 1 г почвы содержится до 20 млрд. бактерий, простейших организмов и актиномицетов.

В протерозойский этап, продолжавшийся в течение 1-1,5 млрд. лет, вулканическая деятельность была менее интенсивной, в океанах и морях накапливались различные осадки. В некоторых протерозойских водных бассейнах интенсивно развивались различные организмы (например, железоосаждающие бактерии, водоросли и др.), благодаря которым осадки обогащались железом или карбонатами. Вот почему в протерозойских отложениях довольно часто встречаются железистые минералы (руды и железистые) кварциты Курской магнитной аномалии, Канады и др.), мощные толщи известняков, нередко водорослевых, и доломитов, а иногда и прослои шунгитов - прообраз будущих углей. Во многих областях мира протерозойские отложения были погружены на большие глубины, сильно деформированы и пронизаны раскаленной магмой, вследствие чего они сильно изменились и превратились в гнейсы, кварциты и другие метаморфические породы. На щитах, например, в Центральной России, Сибири, Австралии, осадки, накопившиеся в течение позднепротерозойского времени, не подверглись такому сильному изменению и содержат мощные толщи известняков, доломитов, прослои горючих сланцев, шунгитов и т. д. Сравнительно богаты органическим веществом верхнепротерозойские осадки в Московской области, Восточной Сибири, Австралии и других местах.

Фанерозойский этап, продолжающийся в течение последних 570 млн. лет, характеризовался дальнейшим развитием жизни на Земле, сопровождающимся расцветом и массовым вымиранием отдельных групп животных и растений, появлением и развитием наземных форм (см. рис. 13). На "взлеты" и "падения" в развитии отдельных групп организмов влияло изменение глобальных физико-географических условий, определяемых отчасти распространением морей и океанов. В одни геологические периоды и эпохи (например в кембрийский, позднедевонскую, позднеюрскую и другие эпохи) значительная часть планеты была покрыта мелководными морями, в теплой воде которых бурно развивались водоросли и различные животные (трилобиты, брахиоподы, граптолиты и др.), в другие (например в каменноугольный, раннеюрскую, раннемеловую и другие эпохи) в условиях влажного и теплого климата почти все континенты были покрыты пышной растительностью, сначала преимущественно папоротниковых, а затем и других видов, остатки которых, захороняясь, образовали впоследствии мощные пласты ископаемых углей (Донецкий, Кузнецкий, Рурский и другие угольные бассейны). Наконец, в истории Земли существовали эпохи (раннедевонская, раннепермская и др.) весьма жаркого климата, в течение которых из воды многих заливов и морей выпадали соли и накапливались на дне таких бассейнов в виде мощных толщ (районы Солегорека, Соликамска, Артемовска в Донбассе и др.).

Отложившиеся на дне водоемов осадки, содержащие остатки самых различных животных и растений, образуют как бы своеобразную книгу, "чтение" каждой страницы которой позволяет познавать историю Земли. Как ботаник по годовым кольцам на срезе дерева определяет не только его возраст, но и климатические и другие особенности каждого года его развития, так и геолог, изучая пласты пород и заключенные в них кости, раковины, обломки растительности, а также микроскопические остатки (раковинки, споры, пыльцу) и химический состав, может определить не только возраст пород, но и глубину и соленость моря, в котором отлагались осадки, климат и состав близлежащей суши и т. п. Мало того, поскольку в момент своего образования пласты осадочных пород залегают почти горизонтально, то по последующему изменению залегания можно определять масштабы и направления всех движений того или иного участка земной коры.

В течение фанерозоя очертания океанов и морей неоднократно менялись благодаря движению литосферных плит (рис. 14). В местах раздвигания плит расширялись океаны (как расширяется в настоящее время Атлантический океан благодаря тому, что Евразийский и Американский континенты удаляются друг от друга со скоростью до 9 см в год), литосферные плиты сталкивались друг с другом, породы сминались в складки, которые наползали друг на друга, образуя высочайшие горные хребты, такие как Гималайский, Альпийский, Андийский, Кавказский, Уральский и др.

Рис. 14. Положение континентов в разные периоды фанерозоя: 1 - пермский (225 млн. лет назад); 2 - триасовый (200 млн. лет назад); 3 - юрский (135 млн. лет назад); 4 - меловой (65 млн. лет назад); 5 - современное положение Континенты: а - Евразийский; б - Африканский; в - Северо-Американский; г - Южно-Американский; д - Австралийский; е - Антарктический; ж - Индийский субконтинент

Важным следствием всех движений плит и различных участков коры является деформация горных пород. Отложившиеся горизонтально на дне водных бассейнов слои оказываются в различной мере смятыми в складки, местами разорванными и нередко прорванными пластичными породами - солями, глинами, двигающимися снизу (рис. 15). В результате всех этих процессов в разных частях территорий и акваторий на глубине с различными углами наклона залегают разнообразные породы. Например, на Кольском полуострове, прямо под современными наносами вскрыты метаморфические и изверженные породы - гнейсы, кристаллические сланцы, граниты и др., которые образовались более 2,8 млрд. лет назад, в свое время претерпели очень сильное нагревание (до нескольких сотен градусов) и сжатие, вследствие чего оказались интенсивно смятыми в складки, обычно разорванные. В таких районах как Курская магнитная аномалия, под наносами и маломощными породами юры и мела залегают железистые кварциты, возраст которых составляет примерно 2,5 млрд. лет. В Московской области под четвертичными образованиями залегают породы моложе 600 млн. лет. Подо дном морей и океанов ниже современных осадков часто залегают породы, которые непрерывно накапливались на протяжении последних 60 млн. лет. В горах, как правило, на поверхность поднимаются породы самого различного возраста, нередко разорванные и интенсивно смятые в крупные складки, надвинутые друг на друга.

Рис. 15. Геологическое строение участков, в которых распространена боль. Черным показана соль, остальными условными знаками - разные комплексы земной коры

В вулканических поясах с глубин в несколько десятков километров периодически поступает огненножидкая магма, которая во время сильных извержений дает огромное количество вулканического пепла, часто разносимого на сотни, а то и тысячи километров от места извержения.

Везде ниже уровня грунтовых вод, находящихся на глубинах от единиц до первых десятков метров, пустоты в горных породах (поры, трещины, каверны и реже пещеры) заполнены водой. Лишь в горах, расположенных значительно выше уровня моря, вода в крупных пустотах, таких как пещеры, может отсутствовать или в виде подземных рек протекать по их дну.

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.