Абиогенное происхождение нефти

Абиоге́нное происхожде́ние не́фти (неоргани́ческое, или минеральное, происхождение нефти) — теории происхождения нефти, согласно которым она образовывалась из различных элементов неорганического происхождения, в ходе химических реакций, происходящих на больших глубинах при высоких температурах и давлении.

Нефтеобразование
Происхождение нефти
Абиогенное происхождение нефти
Биогенное происхождение нефти

Теории первичности залежей нефти являются альтернативными по отношению к теориям органического нефтеобразования.

История

Гипотезы, предлагающие абиогенное происхождение неоднократно высказывались различными учёными до развития передовых методов аналитической химии начала-середины XX века и появления масс-спектрометрии.

• 1851 — теория химика Марселена Бертло.
• 1877 — карбидная теория Дмитрия Менделеева.

Гипотеза неорганического происхождения нефти базируется на том, что углеводороды образуются в мантийных очагах вследствие неорганического синтеза на сверхбольших глубинах в условиях колоссальных давлений и высоких температур из неорганического углерода и водорода.

Абиогенные гипотезы были возрождены в 1950-х годах, однако публиковались в основном только на русском языке. Абиогенная гипотеза стала более популярной на Западе благодаря астроному Томасу Голду, публиковавшему свои исследования на английском языке.

Хотя абиогенная гипотеза была принята многими геологами в СССР, она утратила авторитет в конце XX века, потому что не позволяла делать эффективных прогнозов по открытию новых нефтяных месторождений. Подавляющее количество доказательств свидетельствует в пользу происхождения добываемой человечеством нефти согласно биогенной теории.

Гипотезы

В зарубежных научных обзорах выделяют две наиболее распространённые абиогенные гипотезы происхождения нефти:

Гипотезы глубинного нефтеобразования

Советская гипотеза глубинного абиогенного происхождения нефти из первичных минералов планеты. Основы гипотезы были представлены Н. А. Кудрявцевым в выступлениях на всесоюзных нефтяных конференциях, и в статье 1951 года. Затем она развивалась в работах С. Иванова и К. Иванова, Ю. Н. Фёдорова, Л. А. Петрова, В. Б. Порфирьева (СССР), A. M. Cruse, J. S. Seewald (США) и других.

Несмотря на популярность в русскоязычной науке, крупнейшие нефтяные залежи волжского и уральского регионов были открыты до популяризации гипотезы; предсказания теорий Кудрявцева и Порфирьева были слишком абстрактными и расплывчатыми, чтобы помочь в открытии залежей.

Гипотеза Томаса Голда о происхождении нефти из глубинного метана, исходящего из мантии Земли, публиковалась в 1979—1998 годах. Голд допускал, что этот метан может частично перерабатываться при участии микроорганизмов (глубокая горячая биосфера), что, по его мнению, должно объяснять наличие биомаркеров в нефти. Однако, для существования бактерий требуется температура не выше 110—150 градусов цельсия на глубинах не более 5-10 км, но преобразование метана в более сложные углеводороды происходит лишь при давлениях более 30 килобар, соответствующим глубинам порядка сотни километров.

Факты, полученные на сверхглубоких месторождениях нефти, свидетельствуют в пользу представлений о глубинном происхождении нефти. Формирующая нефть система «водород-углерод» метастабильна. При низких давлениях все тяжёлые углеводороды нестабильны по отношению к метану и стехиометрическому количеству водорода. Метан не полимеризуется в тяжёлые углеводороды при низких давлениях и любых температурах. Однако увеличение температуры при низких давлениях увеличило бы скорость разложения тяжёлых углеводородных молекул. Поскольку химические потенциалы всех биотических молекул уступают химическому потенциалу метана, то такие углеводороды не могут самообразоваться из любых биотических молекул. Для синтеза углеводородных систем, сходных по составу с природными, необходима температура 700—1800 К и давление 15-80 кбар — такие, какие имеются в верхней мантии Земли на глубинах 50-240 км. Через глубинные разломы образовавшиеся в мантии углеводороды проникают в земную кору, где и образуют нефтегазовые месторождения. Это происходит преимущественно на окраинных и внутренних рифтах океанических и континентальных литосферных плит и в других зонах глубинных разломов фундамента осадочных бассейнов.

Эксперименты советских, российских, американских, западноевропейских и китайских учёных показали: из неорганических компонентов при высоких давлениях и температурах, сходных с условиями верхней мантии Земли, синтезируется смесь тяжёлых углеводородов, сходная по своему составу с природной нефтью, количество которой возрастает с ростом давления. Таким образом, наличие в нефти тяжёлых углеводородов свидетельствует о высоких давлениях её генерации. А присутствие биомаркеров в природных нефтях может быть связано не с их органическим происхождением, а с накоплением в ходе фильтрации через осадочные слои, содержащие органические вещества.

Теории неорганического нефтеобразования имеют то преимущество, что позволяют объяснить наличие определённого количества водорода в сырой нефти. Как правило, морские органические вещества содержат примерно 7—10 % водорода, а сырая нефть содержит 11—15 % водорода. Одной из задач теории органического происхождения является демонстрация источника водорода, необходимого для заполнения этого пробела. Свободный водород обычно не обнаруживается в осадочных породах, возможно, потому, что водород является самым лёгким из всех газов, а также самым мобильным. Он может проникать в горные породы, которые непроницаемы для других газов и, таким образом, уходит. Кроме того, это один из самых активных элементов. Однако свободный водород выделяется в больших объёмах и обнаруживается в фумаролах. Образование вулканического водорода можно объяснить возможным восстановлением воды с помощью магнетита (который окисляется до гематита) из перегретого пара по следующей реакции:
2Fe₃O₄+H₂O → 3Fe₂O₃+H₂

Проблема исчерпания запасов углеводородов

Конечность запасов нефти в земной коре позволяет сделать вывод, что объём общемировой добычи нефти достигнет пика, после чего неизбежно начнёт снижаться (пик нефти) и не сможет полностью удовлетворить спрос, при этом процесс извлечения нефти будет усложняться, требуя всё больших экономических и энергетических затрат. Концепция пика нефти иногда рассматривается как противоречивая, однако является прямым следствием из конечности запасов нефти (невозможно извлечь больше нефти, чем было создано природой за сотни миллионов лет) и представляет собой важнейшую преграду для цивилизации, основанной на потреблении углеводородных ресурсов и на постоянном росте количества потребляемых ресурсов.

Некоторые сторонники абиогенных гипотез заявляли, что исчерпание запасов нефти и углеводородов не грозит человечеству благодаря продолжающемуся образованию новых формаций нефти и газа. Однако, было показано, что вне зависимости от пути образования нефти, её добыча ведётся слишком большими темпами, и пик нефти неизбежно будет достигнут.

По отношению к исчерпаемости нефти абиогенные гипотезы можно разделить на слабые и сильные. В слабых абиогенных гипотезах утверждается, что скорость создания и накопления углеводородов соответствует скоростям накопления в биогенных теориях образования нефти. Таким образом, даже в случае корректности таких гипотез пик нефти будет достигнут, так как человечество добывает и потребляет нефть в значительно большем темпе (сотни лет), чем она создаётся в природе (сотни миллионов лет).

Сильные абиогенные гипотезы предсказывают, что нефть формируется со значительно бо́льшими скоростями (в десятки тысяч раз быстрее, чем в биогенных теориях), достаточными для того, чтобы заместить всю нефть, добываемую людьми из резервуаров. Например, может утверждаться, что эксплуатируемый резервуар соединён с неким сверхглубоким запасом нефти, медленно пополняющим резервуар. Однако в какой-то момент темп добычи сравняется с темпом возобновления нефти, а потом превысит его, и пик нефти всё равно будет достигнут. Сторонники абиогенных гипотез не предоставляли свидетельств в пользу сильных вариантов в работах, опубликованных в научных журналах, но подобные заявления могут встречаться в массовых СМИ без приведения количественных оценок в соответствии с научной методологией.

Литература

Основные публикации в хронологической последовательности:

• Калинко М. К. Неорганическое происхождение нефти в свете современных данных (критический анализ). М.: Недра, 1968. 338 с.
• Кропоткин П. Н., Пиковский Ю. И. О критике концепции неорганического происхождения нефти // Известия АН СССР. Сер. геол. 1989. № 2. С. 134—139.
• Glasby G.P. Abiogenic Origin of Hydrocarbons: An Historical Overview // Resource Geology. 2006. Vol. 56. N 1. P. 83-96. DOI (авторская версия Архивная копия от 23 декабря 2014 на Wayback Machine)
• Development of oil formation theories and their importance for peak oil Архивная копия от 25 декабря 2014 на Wayback Machine // Marine and Petroleum Geology. 2010. Vol. 27. N 9. P. 1995—2004. DOI
• Маракушев А. А., Маракушев С. А. Генетическая связь нефтяных залежей со щелочным магматизмом большой глубинности. Электронный журнал «Глубинная нефть». Том 1. № 10. 2013. c.1486-1497. http://journal.deepoil.ru/index.php/2012-04-04-03-42-06/2013/1-10.
• Sephton M. A., Hazen R. M. On the origins of deep hydrocarbons Архивная копия от 10 июля 2014 на Wayback Machine // Reviews in Mineralogy and Geochemistry. 2013. Vol 75. P. 449—465. DOI
• Силаев В. И., Аникин Л. П., Вергасова Л. П., Мартиросян О. В. и др. Абиогенные органические полимеры в продуктах современного вулканизма // Вестник Пермского университета. Геология. 2016. Вып. 3 (32). С. 21-31.
• Маракушев С. А., Белоногова О. В. Неорганическое происхождение углеродного вещества «нефтематеринских» пород // Георесурсы. 2021. 23(3). C. 164—176.
• Маракушев С. А., Белоногова О. В. Термодинамическая модель глубинного происхождения нефти и её фазового «замерзания» // Russian journal of Earth. Sciences. 2022. Vol. 22, ES6011.

Кудрявцевские чтения — Всероссийская конференция по глубинному генезису нефти и газа.

Ссылки

• Директор Института проблем нефти и газа (ИПНГ), академик РАН Анатолий Николаевич Дмитриевский. Проблемы происхождения нефти и газа  (неопр.) (февраль 2013). Архивировано 16 ноября 2015 года. (видео).
• Гордон № 215 Биогенная нефть Архивная копия от 25 декабря 2015 на Wayback Machine, Дмитриевский Анатолий Николаевич, Конторович Алексей Эмильевич, 2003 (видео; текст Архивная копия от 25 декабря 2014 на Wayback Machine)